recuperação de reservatorios

8/3/2019 recuperao de reservatorios

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Revista Brasileira de Geocincias Ana Teresa F. da S. Gaspar Ravagnani& Saul B. Suslick

38(1 - Suplemento): 39-60, maro de 2008

Arquivo digital disponvel on-line no site www.sbgeo.org.br 39

Modelo dinmico de seqestro geolgico de CO2

em reservatrios depetrleo

Ana Teresa F. da S. Gaspar Ravagnani1 & Saul B. Suslick2

Resumo As formaes geolgicas que podem ser utilizadas para armazenamento de CO 2 incluem: aq-feros salinos profundos, reservatrios de leo e gs exauridos ou no, e as camadas de carvo. Os uidos em

subsuperfcie preenchem o espao poroso da rocha, como ocorre com a gua, o leo, o gs natural e o dixidode carbono, entre outros. Nestas formaes, o dixido de carbono armazenado por diferentes mecanismos deaprisionamento; o mecanismo exato depende do tipo de rocha. Os principais mecanismos so: o aprisionamen-to hidrodinmico, o aprisionamento por solubilidade e o aprisionamento mineral. Dentre as formaes geol-gicas, reservatrios de leo so fortes candidatos a serem utilizados na reduo do acmulo de gs carbnicona atmosfera devido ao conhecimento tecnolgico adquirido pela indstria de petrleo. Estes reservatriosso trapas geolgicas provadas, com capacidade de reter uidos e gases, por longo prazo. A tcnica de injeo

de CO2

para recuperao avanada de leo prtica comum na indstria de petrleo e pode ser utilizada noseqestro de carbono. Em reservatrios submetidos a operaes de recuperao avanada, o armazenamentode uma parcela do gs injetado uma conseqncia direta da utilizao de CO

2quando o gs produzido com o

leo for capturado e re-injetado no reservatrio. Este trabalho apresenta um modelo dinmico global do proces-so de seqestro de carbono em operaes de recuperao avanada de leo em um tpico reservatrio madurovisando quanticar a real contribuio do gs armazenado.

Palavras-chave: seqestro de CO2, reservatrios maduros de leo, recuperao avanada de leo (EOR), tec-

nologias de mitigao.

Abstract A dynamic model for geological sequestration of CO2 in mature oil reservoirs. Thegeologic formations, which can be utilized for CO

2storage include: deep saline aquifers, oil and gas reservoirs

and coal bed reservoirs. The uids in the subsurface ll the porous rock as occurs with water, oil, natural gas,

carbon dioxide, among others. In these formations, carbon dioxide is stored by different trapping mechanisms;the exact mechanism depends on the type of rock. The main mechanisms are: hydrodynamic trapping, solubil-

ity trapping and mineral trapping. Among the geologic formations, oil reservoirs are strong candidates to beused in the reduction of carbon dioxide in the atmosphere due to the technological knowledge acquired by theoil industry. These reservoirs are proved geologic traps with capacity to retain uids and gases for long term.

The CO2

injection technique for enhanced recovery is a common practice in the oil industry and it can be used

in carbonsequestration. The storage of some part of the injected gas in reservoirs submitted to Enhanced Oil

Recovery operations is a direct consequence of CO2utilization since the gas produced with the oil be captured

and re-injected in the reservoir. This work presents a global dynamic model of the carbon sequestration process

in enhanced oil recovery operations in a typical mature oil reservoir aiming to quantify the real contribution ofthe stored gas.

Keywords: CO2sequestration, mature oil reservoirs, Enhanced Oil Recovery (EOR), mitigation technologies.

1- Departamento de Engenharia de Petrleo, Faculdade de Engenharia Mecnica, UNICAMP, Campinas (SP), Brasil.E-mail: [email protected] Depto Geologia e Recursos Naturais, IG/UNICAMP e CEPETRO/UNICAMP, Campinas (SP), Brasil. E-mail:[email protected]

INTRODUO Os combustveis fsseis so utiliza-dos como fonte de energia desde a Revoluo Indus-trial, resultando no aumento crescente da emisso dedixido de carbono (CO

2) na atmosfera. Outros gases

tambm so emitidos para a atmosfera, tais como: me-tano, hidrouorcarbonos, peruorcarbonos, xido ni-troso e hexauoreto de enxofre. Contudo, o dixido decarbono o que contribui em maior intensidade para oefeito estufa.

Na era pr-industrial, a concentrao de CO2

naatmosfera era de aproximadamente 280 ppm. Com o

passar dos anos, esta taxa est aumentando, sendo quealcanou 379 ppm em 2005. Em 2004, as atividadeshumanas lanaram cerca de 38 bilhes de toneladas decarbono na atmosfera principalmente devido ao uso decombustveis fsseis e desmatamento (IPCC, 2007).Contudo, a fonte dominante na demanda global deenergia primria associada aos combustveis fsseis

permanecer provavelmente por muito tempo (David& Herzog, 2000).

Na matriz energtica primria brasileira, em2006, os combustveis fsseis apresentaram uma par-


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em reservatrios de petrleo

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ticipao de aproximadamente 53,3% (Balano Ener-gtico Nacional, 2007). Por outro lado, no mesmo ano,75,8% da gerao de eletricidade foi proveniente defontes hdricas. Deste modo, pode-se concluir que noBrasil, a maioria da emisso dos gases de efeito estufa atribuda ao setor de transportes e, provavelmente, aodesmatamento das orestas.

A crescente preocupao com a emisso degases de efeito estufa culminou em confernciase tratados internacionais, tais como, a confernciaRio-92 e o Protocolo de Kyoto. Vrios projetos fo-ram criados para estimular a produo de energialimpa, ou seja, energias geradas a partir da biomas-sa, do sol ou do vento (energia elica). Outra classede projetos visa a remoo do CO

2da atmosfera,

sendo tais projetos denominados de seqestro decarbono. A indstria de petrleo pode participarativamente na reduo das emisses de gases deefeito estufa atravs do seqestro geolgico de

carbono, que representa a possibilidade de conti-nuar com a utilizao de combustveis fsseis, eao mesmo tempo reduzir as emisses de CO

2na

atmosfera.Vrias so as alternativas de seqestro geolgi-

co de CO2, tais como armazenamento em: (1) reserva-

trios de leo e gs, nos quais o CO2

pode ser utilizadocomo uido de injeo em mecanismos avanados derecuperao (EOR), (2) camadas de carvo e (3) aq-feros salinos. Dentre tais alternativas, os reservatriosde petrleo so fortes candidatos para armazenamen-to do dixido de carbono. Alguns reservatrios exau-

ridos ainda contm grandes quantidades de leo, quepodem ser produzidas pela injeo de CO2, um uido

com capacidade de reativar a produo, com ganhosque reduziriam o custo de injeo, e ao mesmo tempoem que atenuaria os impactos da emisso de CO

2para

a atmosfera.A principal motivao para o seqestro geo-

lgico de carbono em campos maduros de petrleo a possibilidade de aliar a necessidade de reduo daemisso de CO

2para a atmosfera com a possibilidade

de aumento da produo em tais campos associado recuperao de leo residual, prolongando a vida tildo projeto. Adicionalmente, o seqestro geolgico do

CO2 extremamente relevante para a sociedade, poispossibilita uma melhora na qualidade do meio ambien-te, ao auxiliar na reduo do efeito estufa. No Brasil, asregies onde existem operaes em campos maduros

podem obter benefcios por intermdio de projetos des-ta natureza.

O foco deste trabalho visa apresentar uma visogeral do seqestro geolgico de CO

2, bem como apre-

sentar a modelagem dinmica global do processo emoperaes de recuperao avanada de leo (EOR) emum reservatrio maduro de leo visando quanticar areal contribuio do gs armazenado. Para tanto, esse

trabalho foi organizado em 4 partes. Na primeira parte apresentada uma viso geral do ciclo de vida do car-bono associada s diferentes opes do armazenamentogeolgico. Na segunda parte so descritos os processos

bsicos de EOR (Recuperao Avanada de leo) comuma breve apresentao dos reservatrios candidatos injeo de CO

2. A metodologia utilizada no trabalho

para reduzir as emisses de dixido de carbono na at-mosfera associada ao aumento de produo de leo emreservatrio depletado utilizando simulao dinmica descrita na terceira parte do trabalho. A quarta parteapresenta uma aplicao em um campo maduro terres-tre na bacia do Recncavo, na qual so discutidos osresultados encontrados com nfase no balano de CO

2

e a quantidade de leo produzida.

SEQESTRO DE CO2 Existem trs procedimentospara reduo das emisses de carbono antropognico:(1) promoo da ecincia energtica, produzindo me-nos CO

2por unidade de emprego de energia na inds-

tria, no transporte e em setores residenciais; (2) descar-bonizao do fornecimento de energia por meio da uti-lizao de fontes de energia renovvel ou alternativa e

(3) remoo ou captura de CO2 de correntes de resduospara subseqente armazenamento, ou seja, seqestro decarbono. As duas primeiras alternativas oferecem me-nores custos, embora apresentem impactos limitados. Aremoo e seqestro a nica alternativa que permiteo uso continuado de combustveis fsseis, ainda que dealto custo, uma forma vivel de reduzir as concentra-es de CO

2.

As tcnicas para seqestro de carbono devemser rentveis e competitivas, fornecer armazenamentoestvel e seguro em longo prazo e ser aceitveis am-

bientalmente. A tecnologia de seqestro de CO2

pode

ser utilizada sem a necessidade de mudanas drsticasna infra-estrutura de fornecimento de energia em diver-sos pases. O CO

2capturado deve ser armazenado, com

a garantia de que no seja posteriormente emitido para aatmosfera. As vrias opes de armazenamento devemser examinadas minuciosamente em relao aos custos,e principalmente, segurana e potenciais efeitos am-

bientais. Vrios so os aspectos que devem ser conside-rados: (1) o processo de armazenamento de CO

2neces-

sita ser menos prejudicial ao ambiente que a liberaocontnua do gs; (2) o perodo de armazenamento deveser longo, preferencialmente de centenas a milhares deanos; (3) o risco de acidentes deve ser minimizado e (4)

o tipo de armazenamento no deve violar quaisquer leisou regulamentos nacionais ou internacionais.

Os caminhos ideais de seqestro de CO2

soaqueles que oferecem maiores capacidades de arma-zenamento aliadas ao baixo custo. Estas caractersti-cas podem ser obtidas em operaes de recuperaoavanada de leo, por exemplo. A existncia de reser-vatrios naturais de CO

2prova que, sob circunstncias

favorveis, o CO2

pode ser armazenado por centenasde anos ou mais (Holloway, 2005). Alm disso, muitasacumulaes de gs natural contm determinadas quan-tidades de CO

2misturadas a outros gases, conrmando

que tanto estes reservatrios quanto os de leo tambmpodem armazenar CO2. Deste modo, este trabalho visa

o estudo do processo de seqestro geolgico de CO2

as-sociado a operaes de recuperao avanada de leo.


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Ana Teresa F. da S. Gaspar Ravagnani & Saul B. Suslick

CICLO DE VIDA DO CARBONO O ciclo de vidado seqestro de carbono consiste da etapa de capturade uma fonte de emisses antropognicas, seguida dasetapas de compresso, transporte e armazenamento emum local aceito ambientalmente (Fig. 1).

Captura A primeira etapa no processo de seqestrode CO2 a partir de fontes estacionrias, ou seja, de uni-dades de gerao de energia ou de indstrias, consistena sua captura como um gs relativamente puro, alta

presso, pelas seguintes razes: (1) o transporte de CO2

concentrado mais econmico, (2) a capacidade do re-servatrio mais bem utilizada se o CO

2for injetado

puro e (3) algumas impurezas podem ser prejudiciaiss operaes em determinadas bacias ou podem causarefeitos ambientais adversos.

A captura de CO2

no uma tecnologia nova.Normalmente, o CO

2 separado e posteriormente cap-

turado como subproduto de processos tais como: pro-duo de amnia sinttica, produo de hidrognio ecalcinao de calcrio. No entanto, as tecnologias decaptura existentes, ainda no apresentam um custo-be-nefcio aceitvel quando consideradas no contexto deseqestro de CO

2. Alguns processos industriais emitem

CO2

com alta concentrao, oferecendo oportunidadesem curto prazo para o seqestro geolgico. Por outrolado, unidades de gerao de energia tradicionais queemitem CO

2com baixa concentrao, valores inferio-

res a 15%, requerem avanos na tecnologia para reduziros custos de captura e separao.

As tecnologias atualmente identicadas como

mais promissoras para separao e captura de CO2 in-cluem a absoro (qumica e fsica), a adsoro (fsicae qumica), a destilao a baixas temperaturas (crioge-nia), a separao de gs por membranas, a oxi-combus-to, a mineralizao e a biomineralizao.

Compresso e Transporte de CO2 Aps a separaoe recuperao do gs de queima, o CO

2 transportado

para o local de injeo. Para facilidade de transporte,o CO

2 geralmente comprimido sob condies super-

crticas (fase densa com presses acima de 1200 psi)(Nguyen & Allinson, 2002).

O meio de transporte de CO2 mais comum soos dutos. Outros meios incluem o transporte por navios,caminhes, entre outros. O transporte por dutos ummtodo eciente quando a fonte est prxima do local

de armazenamento. Neste caso, a ecincia de trans-porte aumentada pela compresso do CO

2separado e

recuperado at o seu estado supercrtico. Caso a fontede CO

2esteja distante do local de armazenamento, O

transporte por meio de tanques mais eciente que ou-tros mtodos. Neste caso, o CO

2separado e recuperado

deve ser liquefeito, e o custo da liquefao no pode sernegligenciado. No h necessidade de fabricar tanquesespeciais para transportar o CO2, uma vez que, a jul-gar pelas suas propriedades, o CO

2liquefeito pode ser

transportado em tanques normalmente utilizados para oGLP, gs liquefeito de petrleo (Sasaki, 2004).

Armazenamento de CO2 A tabela 1 apresenta ascapacidades mundiais estimadas para armazenamentode CO

2em vrios tipos de reservatrios, representados

pelas orestas, ocenicos e geolgicos. A quantidade deemisso de CO

2antropognica global pode ser consi-

derada em torno de 7GtC por ano. A ampla faixa de

estimativas da capacidade de cada reservatrio indicagrandes incertezas. Segundo van Der Meer (1993) ex-tremamente difcil predizer qualquer volume de arma-zenamento total de CO

2nos diversos ambientes.

Dos locais de armazenamento apresentados natabela 1, os reservatrios de leo e gs so mais favor-veis ao seqestro de CO

2, uma vez que tais reservatrios

so trapas provadas de longo prazo para uidos e ga-ses, incluindo o CO

2. Outros mtodos de seqestro tais

como reorestamento, ou injeo nos oceanos, podemser menos permanentes, mais difceis de vericar e demaior custo. Deve-se ainda salientar que as alternativas

de EOR (Recuperao Avanada de leo) e ECBMR(Recuperao Avanada em Camadas de Carvo) noesto includas na opo de utilizao citada na tabela,e sim em opes de armazenamento de Reservatriosde leo e Gs e de Camadas de Carvo, respectiva-mente.

Figura 1 - Etapas do seqestro de CO2

a partir de fon-tes estacionrias.

Local de armazenamento Capacidade Muncial(1)

Oceanos 1000 a 10000(+) GtC

Aqferos Salinos Profundos 100 a 10000 GtC

Reservatrios de leo e Gs 100 a 1000 GtC

Camadas de Carvo 10 a 1000 GtC

Terrestre 10 a 100 GtC

Utilizao Atualmente < 0,1 GtC/ano

1 GtC = 1 bilho de toneladas de carbono = 3,7 Gt CO21) Estimativa de ordem de grandeza(+) acima

Tabela 1 - Capacidade mundial do potencial de reser-vatrios para armazenamento de CO

2.Fonte: Herzog

& Golomb (2004).


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OPES DE ARMAZENAMENTO GEOLGI-CO As formaes geolgicas que podem ser utiliza-das para armazenamento de CO

2so aqferos profun-

dos, cavernas ou domos de sal, reservatrios de leoe gs e camadas de carvo. Nestas formaes, o CO

2

pode ser armazenado preenchendo o espao poroso darocha. Segundo Holloway (2005), nem todas as baciassedimentares so apropriadas para o seqestro de CO2.De acordo com Bachu (2000), as bacias sedimentaresapropriadas devem seguir alguns critrios, tais como:tectonismo e geologia, regime geotrmico, uxo deguas de formao e existncia de meios de armaze-namento.

As vantagens e desvantagens das diversas op-es de armazenamento geolgico so apresentadas natabela 2. A opo de reservatrios de petrleo comomeio de armazenamento apresenta custo relativo mui-to baixo, ou pode apresentar receitas provenientes da

produo do leo adicional, sendo esta opo a mais

atrativa dentre as demais.

Aqferos Salinos As formaes salinas pro-fundas, subterrneas e subocenicas podem ter umelevado potencial para armazenamento de CO

2,

devido grande ocorrncia mundial e por apresen-tarem os maiores volumes, como apresentado natabela 1. O CO

2deve ser injetado em reservatrios

cujo topo esteja a profundidades abaixo de 800m,de modo que o CO

2apresente-se menos denso que

o uido da formao (Herzog & Golomb, 2004).Desta forma, o CO

2tende a subir naturalmente para

o topo do reservatrio, sendo necessria uma trapapara assegurar que o gs no alcance a atmosfera.As trapas geolgicas sobrepostas ao aqfero sali-no imobilizam o CO

2que pode ser armazenado por

uma combinao de trs formas de aprisionamen-to: hidrodinmico, por solubilidade, ou mineral.

A principal desvantagem dos aqferos salinoscomo locais de armazenamento de dixido de carbono que a injeo do gs no produz outra commodity.Injetar o CO

2em aqferos salinos permite armazena-

mento, mas no produz algo para compensar o custo.A injeo do CO

2em um campo de leo depletado, por

exemplo, produz mais leo e pode aumentar a vida til

do campo.

PROJETO DE SLEIPNER O primeiro projeto em es-cala comercial dedicado ao armazenamento geolgicode CO

2est em operao no campo de gs Sleipner,

operado pela Statoil, localizada no Mar do Norte a cer-ca de 250 km da costa da Noruega (Herzog & Golomb,2004). A injeo em Sleipner teve incio em 1996 emarcou o primeiro exemplo de armazenamento de CO2em uma formao geolgica. O CO

2tem sido delibera-

damente armazenado em um reservatrio de gua sali-na, a aproximadamente 800m abaixo do fundo do Mardo Norte. Aproximadamente, um milho de toneladasde CO

2 armazenado em Sleipner por ano, equivalente

a cerca de 3% das emisses totais anuais de CO2da No-

ruega. Espera-se que um total de 20Mt de CO2

seja ar-mazenado durante o tempo de vida do projeto. A Statoilest planejando um segundo projeto de armazenamentoem uma formao no fundo do mar, envolvendo aproxi-

madamente 0,7 MtCO2 por ano provenientes do campode gs Snhvit no Mar de Barents, ao norte da Noruega(Herzog & Golomb, 2004).

Camadas de Carvo Uma alternativa que combinao seqestro de CO

2com a produo de combustveis

a injeo em camadas de carvo, as quais possuemgrandes quantidades de gs rico em metano adsorvidasem sua superfcie. O carvo contm um sistema naturalortogonal de fraturas, as quais transmitem algum uidoe, embora no apresente uma signicativa permeabi-lidade, possui micro-poros, nos quais pode armazenar

gs natural (Holloway, 2005).O CO2 apresenta anidade ao metano, difun-dindo-se atravs da estrutura porosa do carvo e sen-do sicamente adsorvido por ele. Como o dixido decarbono adsorvido preferencialmente pelo carvo,causa a liberao do metano antes aderido ao carvo,e assim, pode ser usado para melhorar a recuperaode gs neste tipo de acumulao. Uma vez adsorvido, oCO

2 mantido in situ e no escapar para a superfcie,

a menos que a presso seja reduzida ou a temperaturaaumentada. Em alguns casos, esta prtica pode ter uma

boa relao custo-benefcio, na medida em que uma re-cuperao adicional de metano pode compensar o custo

Tabela 2 - Comparao entre diferentes opes de armazenamento geolgico. Fonte: Herzog et al. (1997).

Opes de Armazenamento CapacidadeRelativa

Custo RelativoIntegridade do

ArmazenamentoConhecimento

Tecnoltico

Recuperao Avanada de leo (EOR) Baixa Muito Baixo Boa Alto

Camadas de Carvo Desconhecida Baixo Desconhecida Desconhecido

Reservatrios Exauridos de leo e Gs Moderada Baixo Boa Alto

Aqferos Profundos Alta Desconhecido Desconhecida Desconhecido

Domos de Sal Alta Muito Alto Boa Alto


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das operaes de armazenamento de CO2.

Reservatrios Exauridos de leo e Gs Esses reser-vatrios tm como vantagem a comprovada integridadede armazenamento. Contudo, apresentam como desvan-tagem sua capacidade limitada (Herzog et al., 2000) e a

presena de poos, que comprometem a integridade doselo (European Carbon Dioxide Network, 2006). O se-qestro de CO2 pode ser combinado com a recuperaomelhorada de leo e gs. Durante os estgios iniciaisdo projeto, certa quantidade de leo remanescente podeser varrida do reservatrio e eventualmente, a produode leo cessar e o reservatrio passar a ser preenchi-do com CO

2em longo prazo.

A injeo do gs carbnico nos reservatrios deleo e gs, prtica comum em muitos campos hoje, temsido praticada h muitos anos e tem dois objetivos. (1)Companhias de petrleo tm usado CO

2comprimido

para extrair leo adicional de reservatrios considera-

dos depletados, os quais, ainda contm grandes quanti-dades que no so recuperadas. A injeo de CO2 pode

reativar a produo de leo e est sendo mundialmentepraticada em diversos reservatrios usando o gs queocorre naturalmente no local. (2) Para o seqestro deCO

2, h vantagens dos parmetros geolgicos conhe-

cidos e da disponibilidade imediata, alm do potencialconsidervel.

A tecnologia de injetar gs carbnico no subso-lo na verdade bem estabelecida e essencialmente aoperao reversa de extrao de leo e de gs natural.O CO

2injetado em um reservatrio de leo depletado

dissolve-se no leo remanescente, reduzindo sua vis-cosidade e tornando mais fcil sua extrao. Simulta-neamente, resta algum leo no reservatrio que retmgrande quantidade do CO

2na forma dissolvida. De

acordo com Herzog & Golomb (2004), uma injeobem sucedida em reservatrios exauridos de leo e gsrequer um reservatrio com porosidade maior que 15%e amplamente isolado de reservatrios produtores e zo-nas de gua. Historicamente, reservatrios exauridose produtores provaram ser meios de armazenamentoextremamente conveis para hidrocarbonetos e gasescidos. Como exemplos de seqestro de CO

2nestes

tipos de reservatrios destacam-se os reservatrios da

Bacia Permiana das Montanhas Rochosas nos EstadosUnidos e da Bacia de Alberta no Canad.

Mecanismos de Aprisionamento Geolgico doCO2 Nas formaes geolgicas, o CO2 pode ser ar-mazenado por um nmero de diferentes mecanismos deaprisionamento, sendo que o mecanismo exato dependedo tipo de rocha. Os principais mecanismos de seqes-tro so: (1) o aprisionamento hidrodinmico, no qualo CO

2pode car armazenado como um gs ou uido

supercrtico sob as trapas de baixa permeabilidade; (2)o aprisionamento por solubilidade, no qual o CO

2pode

se dissolver na fase uida, leo ou gua e (3) o aprisio-namento mineral do CO2

que pode reagir direta ou indi-retamente com os minerais ou matria orgnica para setornar parte da matriz mineral slida (Hitchon, 1996).

RESERVATRIOS MADUROS DE LEOProcesso EOR (Recuperao Avanada de leo) ARecuperao Avanada de leo ouEnhanced Oil Reco-very (EOR) refere-se recuperao adicional de leoaquele produzido naturalmente, ou seja, o leo recu-

perado por mecanismos de recuperao terciria. Talrecuperao se d por meio de uidos de injeo ou

por outros mtodos. H vrios processos de EOR, taiscomo: qumicos, trmicos ou aqueles baseados na inje-o de gs. Este trabalho visa o processo de EOR pormtodos miscveis de injeo de gs, mais precisamen-te de CO

2.

Os campos de leo medida que se aproximamde um estgio de maturidade necessitam da recupera-o avanada para aumentar a recuperao de leo dosreservatrios, aumentando a vida til do campo. Os m-todos de EOR devem ser ecientes e econmicos, poisde outra forma, no compensaria a extrao do leo.De acordo com Bradley (2001), pode ser mais lucrativo

recuperar um barril de leo utilizando a injeo de CO2do que explorar e perfurar um novo poo.A utilizao de CO

2em mtodos de EOR pode

ajudar a reduzir as emisses de gases de efeito estufana atmosfera se o mesmo for capturado de fontes antro-

pognicas. Experincias tcnicas com injeo de CO2

em reservatrios de leo j existem. Dessa forma, oarmazenamento de CO

2em reservatrios submetidos a

operaes de EOR uma conseqncia direta da utili-zao de CO

2.

O CO2

usado na sua forma supercrtica paraextrair o mximo possvel de leo dos reservatrios ma-

duros atravs do processo de EOR. O processo ocorreda seguinte forma: o CO2 desloca o leo residual in situaps a produo primria e a recuperao secundria. Aoperao de EOR tem o potencial de recuperar adicio-nalmente de 6 a 15% do leo original in situ, aumen-tando de 10 a 30% a produo total de um reservatriode leo (Hustad & Austell, 2004). Alm disso, o CO

2

um excelente solvente em operaes de EOR e maisecaz que outros gases para recuperar parte dos 70% doleo original in situ que a recuperao secundria podeter deixado para trs (Waldie, 2003).

A gura 2 apresenta de maneira simplicada oseqestro e a recuperao avanada de leo por meioda injeo de CO2. O dixido de carbono introduzidoem um campo de leo atravs de um nmero de po-os injetores perfurados nas proximidades de um poo

produtor. Apesar da injeo de CO2ser freqentemen-

te associada a processos miscveis, o CO2

puro no miscvel ao leo s temperaturas e presses tpicas doreservatrio (Orr & Taber, 1984).

Mecanismos da EOR Os principais mecanismos as-sociados a EOR por injeo de CO

2incluem: o con-

trole da viscosidade para otimizar a mobilidade, a so-lubilizao do CO

2, a reduo da densidade do leo, a

vaporizao de componentes intermedirios do leo, areduo da tenso interfacial CO2-leo, a reduo da

tenso interfacial gua-leo, o emprego de tcnicaspara a melhoria da permeabilidade dos reservatrios e


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o controle da presso nas proximidades dos poos pro-dutores (Rocha et al., 2002).

Quando dois uidos formam uma nica fase aoserem misturados, independentemente da proporo,so considerados miscveis, no existindo tenso inter-facial entre eles. Se esta eliminada completamente, asaturao residual de leo pode ser reduzida ao menorvalor possvel, proporcionando uma ecincia de des-locamento de 100% nas pores do reservatrio conta-

tadas pelo uido deslocante.Injetado a uma presso igual ou superior a pres-so mnima de miscibilidade (PMM), O CO2 e o leose misturam e formam um lquido que escoa facilmente

para o poo produtor. A extrao tambm pode ser me-lhorada se o CO

2for introduzido a uma presso inferior

presso mnima de miscibilidade, expandindo o leoe reduzindo sua viscosidade (Klara & Byrer, 2003). Se-gundo Rivas et al. (1994 apud Bachu, 2001), um doscritrios para selecionar um reservatrio de leo com

potencial de EOR que a presso do reservatrio noincio de um processo de injeo de CO

2deve ser pelo

menos 200 psi maior que a presso mnima de misci-

bilidade para promover a miscibilidade entre o CO2 eo reservatrio de leo. Orr e Taber (1994) enfatizamque o CO

2no miscvel com o leo do reservatrio

na presso mnima de miscibilidade, mas que a extra-o pode gerar misturas de CO

2-hidrocarboneto que so

miscveis.De acordo com Wang (1998), a presso mnima

de miscibilidade um parmetro importante no projetode uma injeo miscvel de gs. O raciocnio associa-do determinao da presso mnima de miscibilidade

para um projeto particular de injeo miscvel de gs que h uma troca entre obter uma alta recuperao de

leo e uma reduo de custos de produo. Se a pres-so de injeo for muito baixa, o deslocamento segui-r imiscvel em duas fases e assim, a ecincia localde deslocamento estar abaixo do nvel desejado. Se a

presso for muito alta, embora o deslocamento se tor-ne miscvel por mltiplos contatos e a recuperao deleo atinja o nvel desejado, o custo para pressurizar ogs injetado ser maior que o necessrio. Deste modo,a presso tima que deve ser encontrada a pressomnima de miscibilidade (PMM).

Para Metcalfe (1982) e Holtz et al. (2001), aPMM geralmente est acima de 1450 a 2175 psi, de-

pendendo da composio e densidade do leo, da tem-peratura e presso do reservatrio e da pureza do CO2injetado. Alm disso, nas operaes de EOR, as impu-rezas (tais como, metano e nitrognio) afetam a PMMe a recuperao de leo, pois alteraram a solubilidadedo CO

2no leo e a capacidade do CO

2de vaporizar os

componentes do leo.Algumas correlaes tm sido utilizadas para

a estimativa da PMM. Um exemplo a correlao deCronquist (1978, apudAhmed, 1997), a qual baseadana temperatura do reservatrio, na massa molecular dos

pentanos e nas fraes mais pesadas do leo do reserva-trio, e nas fraes molares do metano e do nitrognio.Se a presso for alta sucientemente nestas for-

maes, o CO2e o leo tornam-se completamente mis-

cveis, levando a uma recuperao de leo altamenteeciente. A baixas presses, o CO

2desloca leo sem

se misturar, formando uma nica fase, sendo este pro-cesso conhecido como deslocamento imiscvel. Este

processo tambm melhora a recuperao, reduzindo aviscosidade do leo e por expanso, quando algumafrao de CO

2se dissolve no leo. Enquanto alguma

parte do dixido de carbono volta com o leo, a maior

parte permanece armazenada no reservatrio como umresultado de aprisionamento por vrios mecanismos,tais como saturao irredutvel, dissoluo no leo queno produzido e no espao poroso que no est co-nectado ao caminho do uxo para os poos produtores(EPRI, 1999 e Bachu, 2001). Operaes podem ser mo-dicadas de modo que mais CO

2permanea armaze-

nado subterraneamente, aps o projeto de recuperaomelhorada estar completo.

Uma vantagem de utilizar CO2

em EOR que apresso necessria para obter a miscibilidade dinmicacom este gs menor que a presso necessria para amiscibilidade dinmica com outros gases, tais como ogs natural, o gs de queima ou o nitrognio (Stalkup,1984). Tipicamente, as composies do gs injetadoso da ordem de 97 a 99% de pureza, o restante podeser, por exemplo, constitudo de NO

2e SO

2. Alm da

pureza, outros fatores importantes para o fornecimentode CO

2devem ser considerados tais como: a disponibi-

lidade, a viabilidade e as caractersticas de fornecimen-to, os mecanismos de transporte e os custos esperadosde produo.

Reservatrios Candidatos a EOR com CO2 Um bomreservatrio candidato injeo de CO

2deve atender a

alguns critrios. De acordo com estudos do Bureau ofEconomic Geology, reservatrios candidatos para EORcom CO

2so aqueles que esto em um estgio avan-

ado de injeo de gua. Neste estgio de produo,

Figura 2 - Representao esquemtica darecuperao avanada de leo por meio dainjeo de CO

2.. Fonte: Adaptado de IPCC

(2005).


7/22



a maioria do leo mvel j foi produzida e o volumesignicativo de leo remanescente o leo residual queno pode ser produzido sem EOR (Holtz et al., 2001).Projetos de injeo de CO

2tm sido voltados a reserva-

trios de leo com as seguintes caractersticas: densida-des maiores que 27API (Bachu, 2001 e Stalkup, 1984),

profundidades entre 762 m e 2990 m (Stalkup, 1984 e

Carcoana, 1982), permeabilidade maior que 1mD (Ba-chu, 2001), viscosidade menor que 12cP (Klins, 1984e OTA, 1978). importante ressaltar que estes valores

projetados se tornam desatualizados com a adio denovas tecnologias e com a mudana econmica, ou seja,os mtodos para selecionar novos candidatos amadure-cem ao longo do tempo, e novos critrios atualizadosso desenvolvidos (Klins, 1984 e Mathiassen, 2003).De acordo com a OTA (1978), os critrios para seleorepresentam os limites tecnolgicos do presente e dofuturo. A tabela 3 apresenta as principais caractersticasrelevantes de reservatrios para a classicao e sele-

o para injeo de CO2.Como se pode observar na tabela 3, a re-cuperao incremental de leo amplamente de-terminada pelas propriedades do reservatrio, asquais devem ser cuidadosamente avaliadas paradeterminar se existe potencial para uma injeomiscvel. De acordo com Bachu (2001), a injeode CO

2imiscvel, que muito menos comum, tem

sido aplicada a reservatrios de leos mdios e pe-sados (10 a 25 API) e viscosidades de 100 a 1000cP. Desta forma, alguns reservatrios de leo somais apropriados, portanto mais econmicos, queoutros para a injeo de CO

2e estes reservatrios

devem ser utilizados primeiro para o armazena-mento de CO

2

. Certamente, a escolha nal dos re-servatrios para armazenamento depende tambmdas condies extrnsecas tais como: distncia dafonte, instalaes, fonte e custo de CO

2, alm de

outras consideraes econmicas.

EXPERINCIA COM CO2 EM OPERAES DEEOR A injeo de CO2 em formaes geolgicas - re-servatrios ativos ou maduros de leo para recupera-o melhorada de leo uma tecnologia comprovadacomercialmente. O CO

2tem sido usado nas operaes

de EOR na indstria de petrleo h mais de 40 anos.Entretanto, apenas recentemente mostrou seu potencial

como mtodo de seqestro de carbono (Klara & Byrer,2003).A proposta de separar e capturar o CO

2do gs

de combusto de usinas de energia no teve incio coma preocupao ambiental resultante do efeito estufa. Esim, passou a receber ateno como uma possvel fonteeconmica de CO

2, especialmente para uso em opera-

es de recuperao avanada de leo. A recuperaoavanada de leo pode combinar, em algumas situa-es, objetivos econmicos e ambientais. Consideran-do-se somente a perspectiva do retorno econmico, aEOR tende a ser uma opo atrativa de armazenamento

geolgico de CO2.Porm, de acordo com Stevens & Gale (2000),existem algumas diculdades para implementaoda operao recuperao avanada de leo com CO

2,

como um meio de seqestro, tais como: (1) a compre-enso detalhada dos processos do reservatrio, como

por exemplo, a avaliao dos efeitos do CO2

no reser-vatrio em longo prazo; (2) os elevados custos de cap-tura, processamento e transporte de CO

2antropognico,

particularmente de instalaes de gerao de energia;(3) o desenvolvimento de tecnologias de monitoraoe vericao; (4) esclarecimento de protocolos dastransaes de emisses e (5) ausncia de legislao e

scalizao das atividades de armazenamento de gscarbnico.

Um projeto de EOR em grande escala est sen-do desenvolvido por um produtor independente de leoe gs no campo de Weyburn em Saskatchewan para es-tudar os mecanismos, a capacidade de armazenamentodo reservatrio e a economia de seqestro de CO

2em

campos de leo (Waldie, 2003). Neste projeto, a fontede CO

2 uma planta de gaseicao de carvo, sendo

o CO2

transportado por um gasoduto de 325 km. A pri-meira fase comeou em setembro de 2000 com a inje-o de 5.000 toneladas por dia de CO

2(95% de pureza).

Esta tecnologia j aumentou as taxas de recuperao eso esperados resultados na produo de 120 milhesde barris adicionais, aumentando, assim, a vida do cam-

po em 25 anos, alm de reduzir as emisses lquidas de

Tabela 3 - Critrios para seleo de reservatrios de

leo com potencial para aplicao de CO2.

Caractersticas doReservatrio

VariaoReferncia

Bibliogrca

Densidade (API)

> 40 Carcoana (1982)

>30 Klins (1984)

> 27Bachu (2001) eStalkup (1984)

Saturao do leo (%)>25 Bachu (2001)

> 30 Carcoana (1982)

Temperatura (C) < 90 Carcoana (1982)Porosidade (%) >15 Bachu (2001)

Permeabilidade (mD)>1 Bachu (2001)

Fator no crtico Klins (1984)

Espessura (m) Fator no crtico Klins (1984)

Presso do Reservatrio(psi)

>1.102 Bachu (2001)

>1.500 Klins (1984)

Profundidade (m)

< 2.990 Carcoana (1982)

>914 Klins (1984)

> 762 Stalkup (1984)

Viscosidade (cP)


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CO2

em aproximadamente 14 milhes de toneladas nosprximos 15 anos.

Os lderes mundiais em tecnologia de recupe-rao melhorada de leo so os Estados Unidos, queutilizam aproximadamente 32 milhes de toneladasde CO

2/ano para este propsito (U.S.DOE, 2004). Da

perspectiva do programa de seqestro, a EOR represen-ta uma oportunidade para seqestrar carbono a baixocusto, devido s receitas de leo/gs recuperado. Es-tudos realizados pelo Bureau of Economic Geology,classicaram 1.700 reservatrios localizados na regiodo Texas, como possveis candidatos para EOR asso-ciado ao seqestro de CO

2, oriundos de termeltricas.

Os reservatrios candidatos representam 80 bilhes debarris de leo original, dos quais 31 bilhes so de leoresidual (Holtz et al., 2001).

De acordo com o USDOE (2004), em uma apli-cao de EOR, a integridade do CO

2que permanece no

reservatrio bem entendida e a reteno muito alta,

alm de ser uma opo segura, contanto que a pressooriginal do reservatrio no seja excedida, pois casocontrrio pode haver o risco de fraturamento e conse-qentemente, vazamentos de CO

2para a atmosfera. A

oportunidade da aplicao EOR atualmente limitadaeconomicamente pelas fontes de emisses de CO

2que

esto prximas a um reservatrio de leo ou gs natu-ral.

Operaes de EOR bem sucedidas so proces-sos rotineiros nos Estados Unidos e podem servir comoexemplo. Atualmente, cerca de 70 dos 84 projetos deaplicaes mundiais de CO

2em EOR esto nos EUA,

embora a grande maioria deles no seja realizada es-pecicamente para reduzir os gases de efeito estufa. Aquantidade de leo recuperado por estes projetos estem torno de 234.000 bbl/dia (Moritis, 2006). Aproxi-madamente 7 milhes de toneladas de CO

2antropo-

gnico so utilizadas anualmente nos campos de leoamericanos para projetos de EOR (Litynski et al.,2006). De acordo com as estimativas do EPRI (1999),3 milhes de toneladas de CO

2so seqestradas (ar-

mazenadas permanentemente) por ano em campos deleo exauridos no oeste dos Estados Unidos, embora,dados de volumes especcos e vazes de CO

2injetado

em campos de leo exauridos geralmente no sejam de

domnio pblico.O CO

2combinado com EOR pode ser utilizado

para recuperar leo que no seria produzido. Por isso,as receitas da venda do leo adicional podem ajudar emalguns casos a compensar os custos de armazenamen-to de CO

2resultando em uma opo economicamente

atrativa (Herzog & Golomb, 2004). O seqestro de CO2

-EOR a tecnologia mais vivel para reduo de custoem curto prazo, devido aos altos preos de leo (Hus-tad & Bjonnes, 2000). Os preos mais altos do leo au-mentam a receita e a lucratividade, levando a maioresinvestimentos nas instalaes de EOR e eventualmente,

a nveis mais altos de produo. A possibilidade de re-duo de custos em outras opes de seqestro de CO2,

tais como aqferos e campos exauridos (sem produode hidrocarbonetos), provavelmente ser menor que em

EOR (Hendriks et al., 2004). Alm disso, de acordo comHeddle et al. (2003), CO

2-EOR tambm considerada

uma opo muito atrativa, uma vez que muitos camposde leo j foram submetidos recuperao primria esecundria, permitindo a re-utilizao de instalaes,sendo que a infra-estrutura j est presente no cam-

po (poos, tubulaes), requisitando somente algumaadaptao para propsitos de armazenamento de CO2.

Na maioria dos projetos, uma grande quantida-de do CO

2injetado no reservatrio armazenada ape-

nas temporariamente. Isto se deve ao descomissiona-mento de um projeto de EOR que geralmente envolveuma grande queda da presso do reservatrio para ma-ximizar a recuperao de leo. Esta queda resulta naliberao do CO

2, com uma pequena quantidade de CO

2

injetado, porm signicativa, permanecendo dissolvidano leo imvel.

Atualmente no Brasil, a Petrobras tem um pro-jeto de recuperao avanada de petrleo na Bacia do

Recncavo com a inteno de mudar o foco para o se-qestro de carbono (Shecaira, 2004).

MTODO A metodologia proposta neste trabalhoalia a necessidade de reduzir as emisses de CO

2na at-

mosfera com a possibilidade de aumento da produode leo em um reservatrio depletado atravs da inje-o do gs. Este fato relevante para a sociedade, pois

permite uma melhora na qualidade do meio ambienteao auxiliar na reduo da intensidade do efeito estufa.Outro fator relevante est associado possibilidade darecuperao de leo adicional, aumentando a vida til

do projeto. Nesse sentido, importante quanticar asvariveis de engenharia, requisitos de energia e emis-ses de CO2 envolvidos em todo o processo desde acaptura at o armazenamento do gs, para a avaliaotcnica do mtodo. Um uxograma da metodologia apresentado na gura 3.

Uma das etapas deste trabalho consistiu na ela-borao do modelo de simulao dinmica do processode seqestro de CO

2com EOR atravs da utilizao do

software Stella. Os dados relacionados ao processo deEOR/seqestro de CO

2foram adquiridos da literatura e

atravs de contatos e visitas de campo onde a injeode dixido de carbono efetuada em reservatrios de

leo.

APLICAO O caso estudado foi baseado em umcampo maduro terrestre de leo, localizado na Baciado Recncavo no nordeste do Brasil. O leo descobertonesta pequena bacia, no nal dos anos trinta, apresentaelevado grau API. Assumiu-se que o aumento da pro-duo de leo foi decorrente da aplicao de mtodosde EOR. Portanto, todo o leo produzido foi resultadoda injeo de CO

2. As principais caractersticas tcnicas

do campo so mostradas na tabela 4.O CO

2 proveniente de uma indstria de

fertilizantes, garantindo o fornecimento do gs du-rante toda a vida til do projeto. Neste caso, o CO2

um subproduto da produo de amnia que nor-malmente seria emitido para a atmosfera. Depois


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de capturado, CO2

comprimido ao estado super-crtico, transportado atravs de um duto de 75 km

e utilizado no projeto de EOR no campo maduroterrestre com uma rea de 12 km2. O CO2 injeta-do em um reservatrio com uma profundidade deaproximadamente 1800 m. A gura 4 apresenta asetapas de seqestro de CO

2no campo de leo ma-

duro na Bacia do Recncavo.De acordo com Lysen (2002), nenhum per-

l de produo genrico pode ser estabelecido. EmHolloway (1996 apud Lysen, 2002), uma distino feita entre EOR em um nico grande campo deleo e um grupo de campos menores. No primeirocaso, CO

2 injetado por 25 anos e leo produ-

zido a uma taxa constante aps 12 anos, enquanto

que no ltimo caso, leo produzido, a uma taxaconstante, desde o momento que o CO

2 injetado.

Neste projeto, para simplicar, assumiu-se um per-l de produo com recuperao avanada de leoconstante durante a vida do projeto. A resposta daEOR 2,51 bbl/tCO

2, ou seja, 2,51 barris de leo

adicionais so produzidos para cada tonelada deCO

2injetada, como pode ser visto no trabalho Ro-

cha et al. (2002) onde arma que os reservatriosbaianos consomem aproximadamente 2,58 tonela-das de CO

2por m3 adicional de leo. Alm disso,

tambm se assumiu que metade da quantidade deCO

2injetada permanece armazenada no reservat-

rio. Estima-se que 3,65 milhes de barris de leosero recuperados durante a vida til do projeto,contribuindo com o armazenamento de cerca de0,73 milhes de toneladas de CO

2(Gasparet al.,

2005).

Simulao Dinmica: Ciclo de Vida do Processo deSeqestro de CO2EOR Osoftware STELLA

um

programa computacional designado para criar modelosmatemticos e grcos por meio da utilizao de sm-

bolos, conectores que ligam estes smbolos, expressesmatemticas que explicam estas relaes etc. A fer-ramenta de modelagem uma implementao da lin-guagem de sistemas dinmicos. Esta linguagem utilizadiagramas de uxo, ciclos de realimentao e equaesdiferenciais que descrevem sistemas contnuos. Ainda,STELLA descrito como uma ferramenta para desen-volvimento de sistemas de equaes diferenciais desen-volvido pela ISSE Systems e para anlise e soluode sistemas em que o processo a ser modelado pode

ser retratado como um processo ao invs de equaes,ou seja, o processo pode ser representado tanto comogura como por equaes.

A primeira etapa do modelo a construo do

Figura 3 - Fluxograma da metodologia para reduzir asemisses de CO

2na atmosfera associada ao aumento

de produo de leo em um reservatrio depletado.

Figura 4 - Seqestro de CO2

no campo maduro de leona Bacia do Recncavo.

Tabela 4 - Caractersticas tcnicas do reservat-rio em estudo.

Volume de leo Original 38 MMbbl

Densidade 35 oAPI

rea do campo 12,00 km2

Vazo de CO2 injetado 200 t/d

Razo de armazenamento 50 (%)

Produo de leo 182.500 (bbl/ano)

Consumo de CO2 0,40 (t CO2/bbl de leoproduzido)


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diagrama. H muitas ferramentas que podem ser sele-cionadas ao se construir o modelo. Inicia-se no modode mapeameanto localizado no Modo Mapa, no qualos cones so utilizados para se mostrar as relaes in-ternas. Clicando no boto globo, na parte superior es-querda, o usurio ser direcionado para o modo mate-mtico Modo Modelo, consequentemente o smbologlobo se tornar x2. este modo que permite as

partes do mapa interagirem de acordo com as equaesfornecidas. Paralelamente construo do diagrama, o

software aplica as equaes, ou seja, medida em queo mapa com estoques/uxos criado, osoftware auto-maticamente cria uma lista com estrutura de equaodiferencial, apresentada no Modo Equaes. Nestemodo, as variveis denidas podem ser modicadas,alm de ser permitida a importao de novas equaes.Mtodos de integrao numrica so utilizados pararesolver os balanos de massa ou volume em cada es-toque. Neste trabalho, a integrao numrica realiza-

da por meio do mtodo de Euler. E nalmente, o outromodo do programa conhecido como ModoInterfacecontm uma srie de cones que permitem o modeladore/ou usurio interagir com o modelo de vrias maneirassignicativas. Pode-se concluir que o algoritmo divi-dido em vrios nveis para facilitar o gerenciamento domodelo de forma simples.

Enm, desenvolveu-se uma ferramenta dinmi-ca quantitativa para estimar a reduo de gases de efei-to estufa (GEE) bem como as emisses de CO

2oriun-

das da utilizao de energia, durante todo o processo deseqestro de CO

2, em uma operao de EOR. Deve-se

ressaltar que no se pretende substituir os simuladoresclssicos de EOR, mas sim avaliar a extenso e a apli-cao da ferramenta com poucas informaes dispon-veis.

A gura 5 apresenta o diagrama construdo para

a obteno do modelo do processo de seqestro de CO2/EOR. Este modelo pode ser aplicado a qualquer reser-vatrio de leo. Cada componente que deve ser utiliza-do para estimar o armazenamento lquido de CO

2 des-

crito em detalhes no nvel de mapeamento do diagramaconceitual ilustrado.

O estoque balano de CO2, apresentado na

gura 5, representa a quantidade de CO2

na atmosfe-ra proveniente da atividade de seqestro de CO

2/EOR.

A gura apresenta um sistema formado por blocos deconstruo. O bloco bsico de construo de sistemasdinmicos o estoque, representado por um retngu-

lo, e utilizado para representar a condio ou estadodo sistema em qualquer ponto no tempo, ou seja, umaquantidade de uma entidade (massa ou energia). O se-gundo bloco de construo o uxo, representado porum cano, que utilizado para representar atividades quemudam a grandeza de um estoque em um sistema, isto, representa uma variao (uxo entrando ou saindode um estoque). Alm disso, os uxos possuem regu-ladores (ou vlvulas) que controlam as taxas de trans-ferncia de massa e energia. Adicionalmente, quando

Figura 5 - Diagrama de construo do modelo de seqestro de CO2/EOR.


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um uxo no conservado, uma nuvem automatica-mente anexada a ele. As nuvens indicam as entradas esadas pelas fronteiras do sistema, representando umaquantidade imensurvel ou innita. O terceiro bloco conhecido como conector, representado pelas setas ver-melhas, utilizado para transmitir informaes e dadosde entrada, os quais so usados para regular os uxos,ou seja, indica uma relao (conexo) entre o estoquee o uxo. O ltimo bloco de construo o conversor,representado pelo crculo, o qual contm equaes quegeram um valor de sada para cada perodo de tempoe freqentemente captam informao e a transformam

para ser utilizada em outra varivel no modelo. Os con-versores representam os detalhes que devem ser empre-gados para a obteno de um modelo que gere resulta-dos realsticos.

Requisitos de energia para seqestro/recuperaoavanada de leo com a injeo de CO2 Geralmen-

te, uma pequena quantidade de CO2 emitida direta ouindiretamente para atmosfera durante o processo totalde seqestro de CO

2devido ao uso intensivo de ener-

gia nas etapas de captura, compresso, transporte e ar-mazenamento de CO

2combinado com a recuperao

avanada de leo. CO2

gerado adicionalmente nestasetapas resultando em emisses. As emisses diretas po-dem resultar de pequenos vazamentos, bem como douso de gerao de eletricidade no local, enquanto queemisses indiretas resultam do uso de gerao externade eletricidade.

Para quanticar estas emisses secundrias,

cada etapa onde energia foi utilizada deve ser consi-derada. Em primeiro lugar, neste estudo, a corrente ga-sosa proveniente da indstria de produo de amniacontm CO

2quase puro apresentando alta concentrao

(aproximadamente 98%). Em vista disto, quantidadesinsignicantes de CO

2so emitidas no processo de cap-

tura, pois no so necessrias quantidades substanciaisde energia para puricar a corrente na etapa de trata-mento e captura. No entanto, algumas emisses podemocorrer quando o CO

2 comprimido, para ser transpor-

tado e utilizado nas operaes de recuperao avanadade leo. Quantidades substanciais de energia so neces-srias para comprimir CO

2ao estado supercrtico para

ser transportado pelo duto ao local de armazenamento.Alm disso, os mtodos de EOR so altamente intensi-vos em energia.

De acordo com o EPRI (1999), algum vazamen-to de CO

2 inevitvel em alguns estgios da vida de um

projeto de EOR. Por exemplo, durante a operao, CO2

emitido devido utilizao de equipamentos locais,alm da utilizao de energia do exterior das fronteirasdo campo. Em compensao, neste estudo, para EORutiliza-se o CO

2que seria emitido para a atmosfera.

Osoftware Stella foi utilizado para analisar adinmica de todo o processo de seqestro de CO

2em

recuperao avanada de leo, considerando cada etapado processo com seus respectivos requisitos de energiae emisses do GEE. O software auxiliou a quanticaras relaes e gerou resultados signicativos da dinmi-

ca do processo. A seguir, so apresentadas as equaes para o clculo da energia requerida por kg de CO

2e

emisses durante cada etapa do processo para seremincludas como parmetros do modelo no softwareSTELLA.

Energia necessria para compresso do CO2

Con-sidera-se aqui, a energia requerida para comprimir o gsao estado supercrtico para ser transportado at o cam-

po. Devido a grande variao de presso, considera-seque o CO

2foi comprimido em 3 estgios em uma opera-

o de estado estacionrio, adiabtico e reversvel, isto, isentropicamente, de 40 psi e 50 C para 1.300 psi.

A m de realizar-se o mnimo trabalho possvelno compressor, todos os estgios devem ter o mesmograu de compresso. Calcula-se a razo de compressode acordo com a equao (1).

=

nn

i

i

P

P

P

P1

01

(1)

onde: n: nmero de estgios, P0: presso de suco,

Pn: presso de descarga.

Na compresso por multi-estgios, a presso dedescarga de cada estgio a presso de suco do pr-ximo estgio.

Realizando-se um balano de massa no sistemaCO2 no compressor, e partindo da 1 e 2 leis da ter-modinmica, admitindo-se as condies citadas acimae negligenciando os termos de variao das energiascintica e potencial, chega-se s seguintes formas sim-

plicadas:

Balano de Massa (equaes 2, 3):

0=+

outin

MM (2)

== MMM outin (3)

onde:

M : Taxa de uxo de massa,

inM :Taxa de

uxo de massa entrando no sistema,

outM : Taxa de uxo de

massa saindo do sistema

Balano de Energia (equaes 4, 5):0

^^

=++

WHMHMoutoutinin

(4)


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^^

)(inout

HHMW =

(5)

onde:^

inH : Entalpia especca entrando no siste-

ma,^

outH : Entalpia especca saindo do sistema,

W : Tra-

balho

Balano de Entropia (equaes 6, 7):

0^^

=+

outout

ininSMSM (6)

inoutSS

^^

= (7)

onde:^

inS : Entropia especca entrando no siste-

ma,^

outS : Entropia especca saindo do sistema

Em vista disso, para avaliar o trabalho de com-presso, consulta-se o diagrama de presso-entalpia doCO

2para se obter a variao de entalpia especca do

gs desde a suco at as condies de descarga.

A maior parte da gua removida nos primeirosestgios de compresso. Alm disso, entre cada estgio, utilizado um trocador de calor para resfriar o CO

2para

a temperatura inicial, para que a operao esteja o maisprximo possvel de um processo isotrmico, ou seja, atemperatura de entrada a mesma para cada estgio. Orequisito de trabalho em uma compresso isotrmica menor do que para uma compresso adiabtica, por issoo resfriamento til em compressores. Considera-seque no h queda de presso durante a etapa de resfria-mento. Aps o resfriamento, a temperatura da correntede CO

2 50C.Assumindo que o compressor tem uma ecin-

cia de 85%, pode-se calcular a energia necessria paracomprimir o CO

2at 1.300 psi.

Energia necessria para a desidratao e resfria-mento do CO2 Assume-se o valor de 8 kJ/kg para ocalor consumido na etapa de secagem e 8 kJ/kg-CO

2de

eletricidade para a etapa de resfriamento do CO2

basea-do nos dados de Farla et al. (1995).

Energia necessria para o transporte do CO2 at ocampo A velocidade do CO

2em um tubo calculada

pela equao (8):

r

=

A

Qv (8)

onde: v: velocidade, Q: vazo mssica, : densidade(massa especca) do uido.

Considerando-se que a vazo mssica do CO2

de 200 t/d, em um duto de 6 in de dimetro, e a den-sidade do CO

2na presso de 1.300 psi e temperatura

de 50 C aproximadamente 18,12 lb/ft3, calcula-se avelocidade do uido no duto pela equao (8).

O comportamento de uidos caracterizado pelo nmero de Reynolds (adimensional), calculadopela seguinte equao (9):

(9)

onde: Re: nmero de Reynolds, : densidade doCO

2, v: velocidade, d: dimetro do tubo, : viscosidade do

CO2.

Se Re < 2,1*103, o escoamento laminar e seRe > 2,1*103, o escoamento turbulento.

De posse do nmero de Reynolds, se o uxo turbulento, faz-se necessrio o uso do fator de rugosi-dade do tubo. Para o duto de ao-carbono este fator de = 0,00015 ft e assim, encontra-se o fator de atrito deFanning, por meio do Diagrama de Moody.O prximo passo o clculo da queda de presso pormeio da equao (10):

onde: P: queda de presso, f: fator de atrito Fan-ning, : densidade do CO

2, v: velocidade do uido no tubo,

L: comprimento do tubo, d: dimetro interno do tubo

Assim, a energia requerida pela bomba dadapela equao de Bernoulli, apresentada a seguir (equa-o 11):

Uma vez que as bombas no so 100% ecien-tes, parte da energia entregue pelo motor bomba dis-sipada ou perdida devido ao atrito. Considerando-seaqui, que a ecincia da bomba de 60%.

Energia requerida para o processo de recuperaoavanada de leo De acordo com dados do EPRI(1999), uma operao de EOR com injeo de gs con-some muito mais potncia eltrica para se produzir um

barril de leo do que com operaes trmicas. Os m-

todos trmicos utilizam aproximadamente 0,75 hp porbarril de leo por dia, enquanto que mtodos de EORcom CO

2consomem aproximadamente 5 hp por barril

de leo por dia. Este alto valor deve-se principalmente

(10)

(11)


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extrao de uidos dos poos, separao do produ-to dos gases produzidos e de irrupo breakthrough,compresso do gs para injeo e re-injeo, extraodo produto para o mercado e tratamento e re-injeo dagua produzida.

Neste caso particular, a fonte externa de ener-gia para cada operao baseada no gs natural. Vaportambm utilizado para a secagem do CO2 na etapa decompresso. Os fatores de emisso da gerao de ener-gia foram baseados em dados publicados. Os fatores deemisso dependem da composio do tipo de combust-vel consumido. Por exemplo, a queima de carvo liberamais CO

2que a queima do gs natural.

Emisses diretas e indiretas de CO2 Neste trabalho,assume-se um fator de emisso de dixido de carbonode 51 kg-CO

2/GJ, baseado no insumo de combustvel

(gs natural) na produo de eletricidade na regio doprojeto. O fator de emisso do CO

2de 62 kg-CO

2/GJ

assumido para o vapor.Os fatores de emisso e requisitos de energiade cada etapa do projeto foram utilizados como dadosde entrada para analisar o armazenamento lquido deCO

2no reservatrio ativo de leo. A gura 6 apresenta

o painel de controle no nvel de interface, permitindoque o usurio interaja com o modelo construdo. Nestenvel, diversas variveis podem ser manipuladas, para arealizao de anlises de sensibilidade que sero apre-sentadas posteriormente.

Este nvel fornece meios de avaliar como mu-danas em diversos parmetros do modelo afetaro as

variveis, tais como produo de leo ou balano de

CO2, por exemplo.

A anlise do modelo quantitativo realizadoatravs do software STELLA indica que a opo deSeqestro de CO

2- EOR pode levar a uma reduo sig-

nicativa nas emisses de CO2, uma vez que se utiliza o

gs de efeito estufa que seria emitido para a atmosfera.Realizou-se uma anlise de sensibilidade no

modelo. Alguns dados de entrada de maior interesse fo-ram variados e assim os impactos devido s mudanasnos sistemas foram testados. O programa STELLA

permite que os dados de entrada sejam facilmente ajus-tados pelo usurio para testar o modelo e realizar anli-ses de sensibilidade.

RESULTADOS E DISCUSSOResultados do Processo de Seqestro de CO2 em Re-servatrios de leo A seguir, so apresentados osresultados dos clculos da energia requerida por kg deCO

2durante todo o processo, includas como parme-

tros do modelo nosoftware STELLA.

Energia Requerida para cada etapa do processo deSeqestro de CO2/EOR

ENERGIA PARA COMPRESSO DO CO2 A partir da

equao (1), tem-se que, a razo de compresso paracada estgio de 3,19.

Com a razo de compresso pode-se determi-nar a presso de suco de cada estgio. Aplicando asEquaes 3, 5 e 7 e consultando-se o diagrama de pres-so-entalpia do CO

2encontra-se a variao de entalpia

especca do gs desde a suco at as condies de

descarga e assim, as seguintes propriedades so obti-

Figura 6 - Nvel da interface: interao com o modelo de seqestro de CO2

EOR.


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das:^

inH (T =50C, P = 40 psi) = 829 kJ/kg

^

inS (T =50C, P = 40 psi) = 4,72 kJ/ (kg* K)

^

outH (S = 4,72 kJ/kg, P = 127,6 psi) = 909

kJ/kg.

Desta forma, o trabalho consumido no primeiroestgio por kg de CO

2escoando pelo compressor de

80 kJ/kg.

Aps o resfriamento, para o segundo estgiotem-se:

^

inH ((T =50C, P = 127,6 psi) = 824 kJ/kg

^

inS (T =50C, P = 127,6 psi) = 4,5 kJ/ (kg*K)

^

outH (S = 4,5 kJ/ (kg*K), P = 407 psi) = 902 kJ/

kg.

Assim o trabalho do segundo estgio por kg deCO

2escoando pelo compressor de 78 kJ/kg.

Da mesma forma, dados para calcular o traba-lho do terceiro estgio do compressor so:

^

inH (T = 50C, P = 407 psi) = 807 kJ/kg

^

inS (T = 50C, P = 407 psi) = 4,24 kJ/ (kg*K)

^

outH (S = 4,24 kJ/ (kg*K), P = 1.300) = 879

kJ/kg.

Conseqentemente, o trabalho do terceiro est-gio por kg de CO

2escoando pelo compressor de 72

kJ/kg.Finalmente, o trabalho total dos 3 estgios de

230 kJ/kg. Com uma ecincia de 85%, a energia ne-cessria para comprimir o CO

2at 1.300 psi de 270,59

kJ/kg.O valor calculado encontra-se na faixa encon-

trada na literatura, como pode ser visualizado em Farlaet al. (1995), Hendriks et al. (2004), entre outros. Dosclculos feitos acima, nota-se que quanto maior a pres-so do CO

2na fonte de emisso, ou seja, a presso de

entrada no compressor, menos energia ser requeridaneste processo. Obviamente, quanto menor a pressode descarga do CO

2no compressor (presso de injeo

de CO2

no reservatrio), menor a energia necessria naetapa de compresso.

ENERGIA NECESSRIA PARA A DESIDRATAOE RESFRIAMENTO DO CO2 O calor consumido naetapa de secagem de 8 kJ/kg, enquanto que a eletri-cidade para a etapa de resfriamento do CO

2 de 8 kJ/

kg-CO2.

ENERGIA NECESSRIA PARA O TRANSPORTE DOCO

2AT O CAMPO A velocidade do CO

2no duto,

calculada pela equao (8) de 1,43 ft/s. Para as con-dies de temperatura e presso durante o transportede CO

2

, a viscosidade de 0,026 cP. Grcos de den-sidade e viscosidade em funo da temperatura e pres-so foram consultados. A partir destes dados, o nmerode Reynolds calculado por meio da equao (9) de1,74*106, ou seja, uxo turbulento.

Assim, com o nmero de Reynolds e o fator derugosidade do duto, utiliza-se o Diagrama de Moody

para encontrar o fator de atrito de Fanning necessriopara o clculo da queda de presso. O fator de Fanning de 0,004.

Logo, o valor da queda de presso encontradapor meio da equao (10) de 31,48 psi. Conseqen-temente, aplicando-se os valores apresentados acima

na equao (11), tem-se que a energia requerida pelabomba de 0,75 kJ/kg. Como a ecincia da bomba de 60% tem-se: W= 1,25 kJ/kg.

Percebe-se a partir da equao (10), que se otubo tivesse um dimetro maior, resultaria em uma que-da de presso menor e, portanto pela equao (6), me-nos energia requerida.

Devido queda de presso, energia adicional requerida para elevar a presso do CO

2a 1.300 psi.

Assume-se que esta compresso realizada no local deinjeo.

Vale ainda ressaltar que em cada etapa dos cl-

culos fez-se uso de diagramas para se encontrar os va-lores de algumas variveis, implicando assim em resul-tados aproximados.

ENERGIA REQUERIDA PARA O PROCESSO DE RE-CUPERAO AVANADA DE LEO Baseando-senos dados do EPRI (1999) apresentados na metodolo-gia, tem-se que a operao de EOR consome 805 kJ/kg.Deduzindo-se os valores para a compresso, secagem,resfriamento e transporte, calculados nos itens anterio-res, tem-se que a energia requerida na operao EOR de 517,16 kJ/kg.

Anlise do Ciclo de Vida do CO2 Desenvolveu-se ummtodo para analisar o ciclo de vida do CO

2em ope-

raes de seqestro e EOR, por meio da dinmica desistemas, para compreender como os elementos em umsistema interagem entre si. Cada etapa do processo tam-

bm foi investigada em relao ao uso de energia comconseqentes emisses indiretas do gs, como tambmas possveis emisses oriundas de vazamentos.

Simulaes mostraram que, embora o processode EOR seja altamente intensivo na utilizao de ener-gia, o volume das emisses muito menor que a con-tribuio de armazenamento de CO

2nos reservatrios.

Por outro lado, ao se considerar a combusto comple-ta de todo o leo produzido pelo reservatrio, seja naforma de gasolina ou leo combustvel, por exemplo,observa-se que h uma compensao pelo armazena-


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mento do gs no reservatrio.A anlise do ciclo de vida de todo o processo

engloba todas as etapas: captura e compresso do CO2

na fonte antropognica, transporte, injeo no reserva-trio e o seu uso nal.

O mtodo apresentado pode ser aplicado a siste-mas mais complexos. A principal vantagem a facilida-de de manipular as variveis, modicar e desenvolvero sistema, pois o software permite a entrada de dadose equaes. Esta anlise do ciclo de vida quantica osdados de entrada e sada durante todo o processo. Ob-viamente, conforme ressaltado anteriormente, o mto-do aqui proposto no substitui a simulao numrica dereservatrios utilizada na Engenharia de Petrleo.

A gura 7 apresenta o modelo-base de refern-cia do sistema dinmico do ciclo de vida para a opera-o Seqestro/ EOR.

Com o objetivo de facilitar a compreenso domodelo de seqestro de CO

2 EOR apresentado na -

gura 7, o modelo ser divido em setores. Cada setorser detalhado a seguir.O setor fornecimento de CO

2, visualizado na

gura 8, apresenta os componentes na forma de esto-ques, uxos e conversores relacionados captura deCO

2da fonte antropognica, neste caso uma indstria

de produo de amnia, o uxo de CO2

injetado no re-servatrio, o estoque de CO

2no reservatrio, o reciclo

e o escape de CO2.

A condio inicial para cada estoque do setor

apresentado na gura 8 encontra-se na tabela 5.Os parmetros variveis relacionados ao Se-

tor Fornecimento de CO2

so: fator armazenamentode CO

2no reservatrio e taxa de reciclo. Tais valores

encontram-se na tabela 6.Ao se especicar as equaes de um modelo do

processo, necessrio fornecer os valores iniciais decada estoque e as equaes para cada uxo.Por exem-

plo, a equao (12) do estoque CO2 no reservatrio calculada da seguinte forma:

CO2_no_Reservatrio(t) = CO

2_no_Reservatrio(t-

dt)+(injeo_de_CO2- CO

2_produzido__com_o_leo) * dt

INIT CO2_no_Reservatrio = 0

INFLOWS:injeo_de_CO

2= 200

OUTFLOWS:CO

2_produzido__com_o_leo= IF(TIME>30)

THEN(injeo_de_CO2*(1-fator__

armazenamento)) ELSE (0) (12)

A gura 9 apresenta o setor de produo deleo, cujos componentes tm seus valores indicados natabela 7.

O setor de energia consumida no processo est

Figura 7 - Modelo de seqestro de CO2

com EOR.


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apresentado na gura 10, englobando todos os elemen-tos envolvidos.

Os dados de entrada necessrios para o setor

energia esto apresentados na tabela 8.O clculo das emisses de CO

2deve ser baseado

no tipo e quantidade de combustvel utilizado. A gura

11 apresenta o setor emisses, indicando os elementosenvolvidos e seus respectivos contedos energticos. Atabela 9 apresenta o contedo energtico de cada tipode combustvel.

Figura 8 - Setor fornecimento de CO2

para o reservatrio.

Figura 9 - Setor de produo de leo.

Figura 10 - Setor energia consumida no processo deseqestro/EOR.

Tabela 5 - Estoques de CO2 do setor fornecimento deCO2

para o reservatrio no modelo de referncia.

ParmetroQuantidade Inicial

(MMtCO2)

Fonte Antropognica 1,640

CO2

no Reservatrio 0

CO2

Produzido com leo 0

Escape Total de CO2

0

Tabela 6 - Parmetros do modelo do setor forneci-mento de CO

2para o reservatrio.

Parmetro Valor

Fator de armazenamento 0,5

Taxa de Reciclo 0,99

Tabela 7 - Dados de entrada do setor de produo deleo.

Componente Valor Unidade

Volume de leo Original in situ 37 MMbbl

Consumo de CO2

por bbl 0,4 tCO2/bbl

Vazo de CO2 injetado no reservatrio 200 tCO2/dia


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O componente de uxo de emisses de CO2

noprocesso de EOR, apresentado na gura 11, consiste namultiplicao da energia consumida em cada etapa e daemisso especca do combustvel utilizado, ou seja,contedo de CO

2no combustvel apresentado na tabela

9.A gura 12, apresentada a seguir, mostra o setor

vazamento de CO2, incluindo o componente de uxo de

CO2

que pode vazar durante a operao de reciclo.A gura 13 apresenta o setor de armazenamento

de CO2 no reservatrio.O setor apresentado na gura 14 contabiliza asemisses devidas ao uso nal de derivados de petrleo,seja na forma de gasolina, diesel, leo combustvel etc.

De acordo com o IPCC (2006), contedo deCO

2para o leo cru de aproximadamente 73,3 t/TJ de

leo. Alm disso, segundo o Balano Energtico Na-

Figura 11 - Emisses de CO2

devidas ao processo.

Figura 12 - Setor de vazamento de CO2.

Figura 13 - Setor de armazenamento de CO2no reservatrio.

Figura 14 - Setor de emisses de CO2

devidasao uso de derivados do petrleo.

Tabela 8 - Requisitos de energia do processode seqestro/EOR.

Parmetros Valor (MJ/tCO2)

Fator Compresso 270,54

Fator Resfriamento 8,00

Fator Secagem 8,00

Fator Transporte 1,25

Fator Reservatrio 517,16

Tabela 9 - Parmetros do setor emisses do processoseqestro/EOR.

Parmetro Valor (tCO2/TJ)

Intensidade do CO2

no gs natural 51

Intensidade do CO2

na gua 0

Intensidade do CO2

no leo combustvel 73

Intensidade do CO2

no carvo 95

Intensidade do CO2

no vapor 62


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cional (2007), o contedo energtico de um barril deleo de 5,94 GJ. Assim, assumindo que os produtosrenados tm o mesmo contedo energtico que o leocru, tem-se que o componente fator de emisso de CO

2

por barril de leo do setor apresentado na gura 14 deaproximadamente 0,436 t.

Na gura 15, pode ser visualizado o estoque ba -lano de CO2, que indica a magnitude de CO2 na atmos-fera durante o processo de seqestro de CO2EOR. Talquantidade resultado do balano de uxos de entradae de sada de CO

2, como pode ser visto na equao 13,

abaixo. Considerou-se que a varivel balano de CO2

era aproximadamente nula no instante t = 0.

Balano de CO2

(t) = Balano de CO2

(t-dt) + (CO2

emitido devido ao uso dos derivados do leo + emis-so CO

2no processo de EOR + CO

2vazado - CO

2

armazenado no Reservatrio) * dt (13)

Aps as simulaes com os dados-base, veri-ca-se que, ao longo de 20 anos de vida til do proje-to, sero produzidos 3,65 milhes de bbl. Alm disso,o projeto de EOR contribui para reduzir as emissesde gases de efeito estufa oriundas de diversas fontesindustriais. Considerando o reaproveitamento do gsque seria originalmente emitido para a atmosfera (1,46MMtCO

2) e na sua injeo no reservatrio, alm das

emisses geradas pelo processo de EOR e as emissesoriundas do uso dos produtos derivados do petrleo,haver uma contribuio de reduzir 37%.

A gura 16 mostra que a concentrao de CO2na atmosfera, representada pela varivel balano deCO

2, aumenta linearmente ao longo do tempo. Ao nal

de 20 anos haver 0,925 MMtCO2na atmosfera.

O crescimento linear, apresentado na gura 16,

foi assumido em decorrncia dos dados iniciais e dasrelaes consideradas no modelo. O modelo utilizadocomporta outros modelos de concentrao de CO

2que

podero ser implementados medida que novas rela-es sejam desenvolvidas.

A gura 17 mostra o comportamento dos com-ponentes CO

2no reservatrio e produo acumulada de

leo ao longo do tempo.Observa-se na gura 17 que ao longo de 20

anos, 3,65 MMbbl de leo sero produzidos enquantoque 0,73 milhes de toneladas de CO

2caro armaze-

nadas no reservatrio.

O armazenamento lquido de CO2 no reservat-rio por tonelada de leo recuperado tambm foi anali-sado utilizando-se osoftware Stella (o armazenamentode CO

2levando-se em conta os requisitos de energia e

as emisses de CO2

do processo total).Assumiu-se que 0,40 tCO

2so necessrias para

a injeo para se produzir 1,00 bbl de leo. A quantida-de injetada depende das caractersticas do reservatrio.Desta quantidade necessria, 0,20 t permanecem no re-

Figura 15 - Estoque balano de CO2

e seus respectivosuxos.

Figura 16 - Varivel balano de CO2

ao longo do tem-po (modelo base).

Figura 17 - Quantidade de CO2

armazenado e produ-o acumulada de leo ao longo da vida til do proje-to.


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servatrio, enquanto que o restante do CO2 produzido

com o leo. No entanto, a quantidade lquida de CO2

armazenado por barril de leo produzido aproximada-mente 0,18 t, j que CO

2 emitido devido utilizao

de energia (uma quantidade de aproximadamente 0,02tCO

2emitido por bbl de leo produzido). Este resultado

est de acordo com a literatura, como se pode observarna tabela 10. Conforme Wilson et al. (2000 apudHen-driks et al., 2004) indicaram, uma quantidade de apro-ximadamente 0,15 tCO

2 armazenada para cada barril

de leo, enquanto Espie (2000, apudHendriks et al.,2004) relatou um valor de 3,3 barris de leo para cadatCO

2armazenada na rea do Mar do Norte, ou 0,3 t de

CO2

por barril de leo. De acordo com Stalkup (1984),a razo lquida em quatro experimentos de campo va-riou entre 0,18 e 0,78 tCO

2por barril de leo, razes

brutas so duas vezes maiores.A gura 18 apresenta o comportamento da

energia consumida durante a operao seqestro de

CO2-EOR.Pode-se observar na gura 18 que a operao muito intensiva em utilizao de energia aproximada-mente 1,164 PJ e 11,6 TJ de eletricidade e calor seroconsumidos ao longo da vida til do projeto.

Foram realizadas anlises de sensibilidade nomodelo. Alguns dados de entrada de maior interesse fo-

ram variados e assim os impactos devidos s mudanasnos sistemas foram testados. A gura 19 apresenta umaanlise de sensibilidade para o componente balano deCO

2quando se varia o fator de armazenamento.

Como esperado, quanto maior o fator de arma-zenamento, menor o valor do componente balanode CO

2, ou seja, quanto mais CO

2ca armazenado no

reservatrio, menor a quantidade de CO2

na atmosfe-ra. Considerando fatores de armazenamento de 0,495 e0,99, obtm-se uma reduo de 36% e 86% na quanti-

dade de CO2 na atmosfera e um aumento de 14% paraum fator de armazenamento igual a 0.Interagindo com o painel de controle, utilizou-

se o dispositivoswitch (interruptor) e substitui-se o gsnatural pelo leo combustvel como fonte de energia am de analisar o impacto no elemento balano de CO

2.

Para a mesma anlise de sensibilidade da gura 19, ob-tm-se a gura 20 ao se trocar a fonte de energia.

Figura 18 - Energia consumida no projeto.

Figura 19 - Anlise de sensibilidade para a varivelbalano de CO2

em funo da taxa de armazenamen-to.

Figura 20 - Anlise de sensibilidade para a varivelbalano de CO2 em funo da taxa de armazenamentoconsiderando o leo combustvel como fonte de ener-

gia.

Tabela 10 - Ecincia de armazenamento de CO2

emoperaes de EOR.

Ecincia de

Armazenamento(tCO

2/ bbl)

Referncia Bibliogrca

0,18 Resultado desta pesquisa

0,15Wilson et al. 2000(apudHendriks et al., 2004)

0,30Espie 2000(apudHendriks et al., 2004)

0,18 a 0,78 Stalkup (1984)


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Desta forma, obtm se uma reduo de 30% e80% na concentrao de CO

2na atmosfera, para um fa-

tor de armazenamento igual a 0,495 e 0,99, respectiva-mente, enquanto que para um fator de armazenamentoigual a 0,00, h um aumento de 19% na concentraodo gs de efeito estufa na atmosfera.

Na gura 21, pode ser observado que na medida

em que a taxa de reciclo aumenta, a varivel balanode CO2 diminui, ou seja, quanto maior a quantidade deCO

2reciclada, menor a quantidade emitida para a at-

mosfera.Da gura 21, percebe-se que para uma razo

de reciclo de 10,0%, a magnitude de CO2

na atmosferacorresponde a 1,57 x 106 tCO

2, enquanto que para uma

razo de reciclo de 54,5% e 99,0% a magnitude de1,24 x 106 e 9,25 x 105 tCO

2respectivamente.

Pode-se observar atravs da simulao do mo-delo que a varivel balano de CO

2, apresenta 925.397

tCO2

ao nal de 20 anos, representando uma reduo

de aproximadamente 37%, ou seja, contabilizando to-das as emisses inerentes ao processo, assim como omontante efetivo armazenado no reservatrio, e consi-derando que aproximadamente 1,46 MM tCO

2seriam

emitidas para a atmosfera se no fossem aproveitadasneste projeto. As guras 22 e 23 resumem os resultadosdo modelo global.

CONCLUSES A anlise do ciclo de vida do CO2

em todo o processo de seqestro de CO2/EOR de fun-damental importncia, para quanticar os requisitos deenergia, as emisses diretas e indiretas, bem como oarmazenamento do gs no reservatrio. Esses resulta-

dos apontam que o seqestro de CO2

uma ferramenta

importante para se reduzir as emisses desse gs estufana atmosfera. Observou-se que algumas variveis soimportantes para minimizar o uso de energia tanto naetapa de compresso quanto na etapa de transporte de

Figura 21 - Anlise de sensibilidade da varivelbalano de CO

2em funo da taxa de reciclo.

Figura 23 - Comportamento dinmico das variveis envolvidas no processo seqestro deCO

2 EOR. Legenda: 1) Produo acumulada de leo em bbl, 2) CO

2no Reservatrio,

3) Balano de CO2, 4) Eletricidade consumida na EOR, 5) Calor consumido na EOR.

Figura 22 - Grco comparativo das variveisdo sistema seqestro de CO

2-EOR.


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Manuscrito BR 10Submetido em 21 de dezembro de 2007

Aceito em 04 de abril de 2008

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