Maturação artificial de rochas geradoras de petróleo: caracterização geoquímicas e petrografia de folhelhos da formação Ipubi do Grupo Santana, Bacia do Araripe, PE/CE

Abstract

A Bacia sedimentar do Aripe é uma sequencia predominante mesozoica localizado no extremo sul do estado do Ceara, compreendendo ainda porções dos estados Pernambuco e Piaui. Sua formação está diretamente ligada ao evento da abertura do Oceano Atlântico Sul, com deposição na fase “pos-rifte” de uma sequencia de folhelhos e argilitos ricos em matéria orgânica associados ao intervalo evaporítico da Formação Ipubi. Os objetivos deste projeto são: a) promover a caracterização petrográfica e geoquímica destas rochas potencialmente geradoras de hidrocarbonetos da Bacia do Araripe e b) maturar artificialmente a matéria orgânica destas rochas através de ensaios de hidropirólise. Para determinação das mudanças geoquímicas e petrográficas da matéria orgânica foi empregada a isoterma de 350 ºC com, incrementos de tempo de zero hora, 20h e 50h e um estudo da evolução dos hidrocarbonetos líquidos gerados nos ensaios de hidropirólise. Três amostras de folhelhos pertencentes à Formação Ipubi, Grupo Santana de idade geológica Aptiana, foram analisados através de métodos de petrografia e geoquímica orgânica, porém só uma amostra foi submetida à hidropirólise neste trabalho. As amostras A e B são da Mina Pedra Branca, município de Nova Olinda (CE), e a amostra C pertence à Mina Campevi, município de Araripina (PE). As amostras coletadas foram preparadas (homogeneizadas) para análises petrográficas (refletância da vitrinita, macerais e lâminas organopalinológicas) e geoquímicas (COT, Pirolise de Rock Eval, difratometria de raios X (DRX) e GC-MS). Resultados petrográficos e geoquímicos antes dos ensaios de hidropirólise: não foi localizado nas seções polidas vitrinita, nas lâminas organopalinológicas a amostra A apresentou fitoclastos opacos e oxidação da matéria orgânica amorfa (M.O.A.) sem fluorescência, a amostra B apresenta pólen, fitoclastos opacos e M.O.A preservada e fluorescência moderada. Já a amostra C apresentou escassos fitoclastos opacos e a M.O.A e os grãos de pólens têm uma alta fluorescência com betume em torno dos grãos. A DRX indicou que a mostra A e B é um folhelho calcítico e a amostra C um folhelho esmectítico. As análises de GC-MS mostraram variação do betume das amostras A, B (maior maturação) e C (menor grau de maturação). Os resultados de COT demonstraram que, a amostra com maior valor de COT (25,694 % em peso) e índice de hidrogênio (IH) (819,067 mg HC/g COT) é a amostra C, indicando que a mesma possui um teor elevado de matéria orgânica (M.O.) em relação às amostras A e B. Portanto a amostra C foi considerada a apropriadas para os ensaios de hidropirólise.. Resultados petrográficos e geoquímicos após os ensaios de hidropirólise na amostra C: é possível notar a diminuição gradual da fluorescência da M.O. nos ensaios a hora zero, 20h e 50h, em zero hora é possível ver a transformação da matéria orgânica em betume. Os resultados de índice de hidrogênio indicam uma maturação da matéria que reduz de 696 mg HC/g COT em zero hora para 120 mg HC/g COT em 50h. Os ensaios de hidropirólise na isoterma de 350° apresenta óleo expulso nas quantidades de 0,2g em zero hora, 4g em 20h e 4,7 em 50h.

The sedimentary Araripe Basin is characterized by a predominantly Mesozoic succession. The basin covers the most southern part of Ceará, and parts of Pernambuco and Piauí. The development of the basin is directly linked to the opening of the South Atlantic, with deposition during the post–rift fase of a sequence of organic rich shales associated with evaporitic rocks of the Ipubi Formation. The objectives of the study are: a) petrographic and chemical characterization of the organic-rich rocks in terms of hydrocarbon generation potential; b) carry our artificial maturation experiments using hydrous pyrolysis, using as maximum temperature 350 °C, and experiment times of 0, 20 and 50 hours.; c) study the nature of the liquid hydrocarbons generated during the hydrous pyrolysis experiments. Three shale samples were analyzed in this study collected from outcrop locations of the Ipubi Formation. Samples A and B were collected at the Pedra Branca Mine, Nova Olinda district (CE) and sample C as obtained from the Campevi Mine district Araripina (PE). Following the sampling the samples were homogenized for petrographic analyses (vitrinite reflectance, macerais, and organopalynologia) and chemical analyses (COT, Rock Eval Pyrolysis, x-ray diffraction, GC-MS). Petrographic and chemical results obtained before the hydrous pyrolysis experiments: in reflected light mode no vitrinite or other macerals were observed. In transmitted light mode sample A was characterized by opaque phytoclasts and oxidized amorphous material (M.O.A.) without fluorescence, sample B was characterized by opaque phytoclasts, amorphous material (A.O.A.), with medium fluorescence intensity, and sample C was characterized by the occurrence of phytoclasts associated with amorphous material (M.O.A.), showing high fluorescence intensity. In sample C also bitumen was observed surrounding the organic particles. Results from x-ray diffraction suggest that samples A and B are calcareous shales, whereas sample C is shale rich in clay mineral (smectite). Results from GC-MS indicate that samples A, B and C have differences in the level of maturity. Results of TOC determinations show that sample C has the highest TOC value (25.7 wt.%), and also has the highest HI value (819,0067 mg HC/g TOC). For this reason sample C was selected for the hydrous pyrolysis experiments. Petrographic and chemical results on sample C after the hydrous pyrolysis experiments: visual examination show that the fluorescence intensity decreases with increase in experiment time. The residue from the 0h experiment showed the transformation of the solid organic matter into bitumen. With increase in experiment time the HI decreases from 696 mg/g TOC at oh to 120 mg HC/g TOC at experiment time of 50h. Considering the volume of expelled oil it was noted the volume increases significantly from o.2 g at oh, to 4 g at 20h and 4.7 g at 50h.