O objetivo desta linha de pesquisa em curso na UFRN é investigar técnicas de aquisição de microssismicidade induzida utilizando nanosísmica, com vistas à determinação da geometria de fraturas induzidas por hidrofraturamento em reservatórios de petróleo. Em muitas situações, quando se tem um poço de petróleo com baixa produtividade, esta pode ser estimulada através da criação/expansão de fraturas na formação produtora e ao redor do poço produtor, através da injeção de fluidos sob alta pressão (~ 50 MPa). Para se monitorar a injeção de fluidos nos reservatórios, pode-se monitorar a pressão e o volume injetado, bem como realizar testes de produção e utilizar tilt-meters. Este último, em especial, é utilizado para determinar o comprimento e orientação da fratura estimulada. No entanto, todas estas técnicas mencionadas não produzem “imagens” das fraturas. Devido à necessidade de se “visualizar” as fraturas, nos últimos 15 anos, a sísmica passiva para o monitoramento e avaliação de operações de hidrofraturamento em poços de petróleo tem sido utilizada com sucesso em várias áreas do globo. A circulação e injeção forçadas de fluidos em um reservatório de petróleo, quando uma operação de hidrofraturamento ocorre, provocam mudança no estado de esforços devido ao aumento da pressão de poro. Estas mudanças por sua vez provocam microtremores (tamanho de ruptura da ordem de 1 até ~10 metros), que podem ser registrados utilizando-se sensores na superfície e/ou em subsuperfície (poços de observação). A partir da análise destes registros pode-se extrair informação sobre o processo de ruptura associado a cada microtremor e também sobre a geometria do fraturamento que está sendo realizado, através de técnicas de inversão. Outras informações importantes também podem ser extraídas, a exemplo de estimativas do tamanho típico da ruptura e do mecanismo focal dos microtremores.

Em operações de hidrofraturamento em reservatórios de petróleo, existe a necessidade de medir a orientação e geometria das fraturas criadas, uma vez que a criação de fraturas fora da zonaalvo pode comprometer o fator de recuperação de um dado poço. Outra informação de grande utilidade para engenheiros de poços é avaliar a qualidade das fraturas criadas, ou reabertas, uma vez que estas fraturas são caminhos preferenciais para o escoamento de fluidos e podem otimizar a drenagem de hidrocarbonetos. Em geral, num monitoramento deste tipo, os sensores são instalados em poços de observação que estão distantes algumas centenas de metros da zona alvo do tratamento, em vistas a fornecer alta razão sinal ruído, uma vez que os microtremores a serem localizados são tipicamente da ordem de (alguns menores que) -2.0 mb. Nestes casos, o monitoramento e/ou aquisição de equipamento para monitorar a microsismicidade induzida é feito por empresas especializadas, com equipamento desenhado e concebido para trabalhar nestas condições específicas. O acompanhamento de um hidrofraturamento pode assim se tornar bastante caro, embora ainda justificável, caso o valor agregado à informação gerada pelo monitoramento se converta em um aumento da produção do campo.

Em certos reservatórios de petróleo, como são os da Bacia Potiguar, NE do Brasil, os atuais campos produtores de petróleo já são considerados campos maduros. Ou seja, estes campos já atingiram o pico de produção (muitas vezes já estão com produção em declínio) e necessitam de diversas técnicas de estimulação e recuperação avançada – dos quais o hidrofraturamento é uma delas – para continuarem sendo comercialmente viáveis. Nestes campos maduros da Bacia Potiguar, as técnicas atuais para monitoramento da microsismicidade induzida são demasiadamente caras frente à produção destes campos.

Para efetuar o monitoramento da microssismicidade induzida por processos de hidrofraturamento na Bacia Potiguar, estamos trabalhando na UFRN, com financiamento da PETROBRAS, na linha de projetar um sistema de sísmica passiva de baixo custo operacional, a qual pode ser conseguida através da instalação dos equipamentos próximos à superfície em conjunção com novas técnicas de processamentos de sinais apropriadas denominada ‘nanosísmica’. Este projeto contempla ainda na UFRN uma linha de desenvolvimento de métodos inversos para o problema de localização de hipocentros dos microtremores, voltada para aumentar a resolução na separação de clusters de soluções, de modo a melhor definir os planos de ruptura no interior da rocha. Esta metodologia de inversão tem como objetivo central melhorar a precisão na localização de tremores por meio da incorporação de vínculos com significado geológico ao problema. Em especial, está sendo testado o vínculo de distância mínima dos hipocentros em relação a um elemento de geometria (um plano, por exemplo, que pode representar o plano central da fratura/falha), seguindo a abordagem de Silva et al. (2001) e Guillen & Menichetti (1984). Esses vínculos introduzem no problema de localização de hipocentros o viés geológico de proximidade entre dos mesmos ao elemento de geometria estabelecido a priori ou inferido pelo intérprete de uma solução inicial. Desta forma, espera-se que ao melhorar a precisão/resolução na localização hipocentral, por meio desses vínculos, ocorra a formação de grupos de eventos sísmicos que estejam associados a uma mesma falha ou fratura. Em tal situação, esses grupos de hipocentros dariam uma boa indicação da localização das falhas ou fraturas associadas aos microtremores produzidos pelo hidrofraturamento, permitindo um aumento de resolução na determinação da geometria das falhas e fraturas internas do reservatório.

Vale salientar que o intercâmbio internacional é um dos pontos chaves deste projeto, através da interação já em curso com pesquisadores das Universidades de Stuttgart na Alemanha e de Tel-Aviv em Israel, em particular os professores Manfred Joswig e Hillel Wust-Bloch, respectivamente.

Com a criação do INGP esperamos obter melhores condições de viabilizar esta interação internacional, particularmente através dos mecanismos de bolsa de curta/média duração para pesquisadores visitantes e de visitas de trabalho de pesquisadores/pós-graduandos brasileiros às instituições citadas. Ainda no âmbito do INGP, esperamos contar com a participação dos grupos da UFBA, UFPA e UNICAMP no aprofundamento dos métodos inversos e de tratamento/processamento de sinal para este problema em que a razão sinal/ruído esperada é baixa.