Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE AGRONOMIA
DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
CURSO DE GEOLOGIA
CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOTÉCNICA PARA DETERMINAÇÃO DE RISCO GEOLÓGICO (GEOHAZARD) APLICADO ÀS
INSTALAÇÕES SUBMARINAS
Márcio Poletti Quintão
Professor Orientador: Francisco José Corrêa Martins
Julho de 2012
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
Márcio Poletti Quintão
CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA E GEOTÉCNICA PARA DETERMINAÇÃO DE RISCO GEOLÓGICO (GEOHAZARD) APLICADO ÀS
INSTALAÇÕES SUBMARINAS Monografia apresentada ao Curso
de Graduação em Geologia, do Departamento de Geociências da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, como requisito para obtenção do título de Bacharel em Geologia.
Professor Orientador: Francisco José Corrêa Martins Seropédica - RJ, 2012
i
AGRADECIMENTOS
À minha esposa Isis, fonte de inspiração, pelo companheirismo, pela paciência e incentivo
nas horas mais difíceis.
Aos meus pais José Geraldo e Maria Helena, pela cobrança e também pela compreensão
devido à minha ausência durante todos esses anos.
Ao meu professor orientador, Francisco José Corrêa Martins, pelas ideias, motivação e
profissionalismo necessários para a conclusão deste curso.
À PETROBRAS, na figura do Gerente Setorial e Geólogo Marco Aurélio de Campos
Merschmann, pelos relatórios técnicos fornecidos para consulta, que foram fundamentais na
realização deste trabalho.
Aos meus amigos do curso de Geologia que, devido aos meus momentos de “ausência”,
estiveram sempre disponíveis a me ajudar.
A todos os professores do Departamento de Geociências, que colaboraram para que eu
chagasse até aqui.
E, sobretudo a Deus, permitindo que tudo isso fosse feito.
ii
RESUMO
O estudo da morfologia e dinâmica do fundo marinho tem sido de grande importância para
a indústria do petróleo. Sua aplicação pode contribuir de forma significativa para o entendimento
da região e, consequentemente, para a determinação de zonas de risco à instalação de estruturas
submarinas.
Através da metodologia aplicada pelas empresas de petróleo, como a sísmica 3D e
testemunhagem de fundo, foi possível apresentar imagens e mapas com dados qualitativos e
quantitativos, permitindo auxiliar na caracterização geológica e geotécnica do fundo e subfundo
marinhos que possam vir a representar riscos às atividades antrópicas.
A etapa final do trabalho contemplou a integração de alguns mapas para a definição de
mapas de geohazard.
iii
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Exemplo de canhão de ar. (Fonte: Bolt Technology, 2012)................................................ ...6
Figura 2 - Detalhe do funcionamento do canhão de ar. (Fonte: Bolt Technology, 2012).................. ...6
Figura 3 - Arranjo típico e propagação das ondas sonoras................................................................... ...7
Figura 4 - Arranjo típico de uma operação sísmica no mar. (Fonte: http:// blogmrecante.com)...... ...8
Figura 5 - Parâmetros do imageamento por sonar. (Fonte: Blondel e Murton, 1997)....................... ...9
Figura 6 - Sistema (peixe) deep towed SIS 3000 usado neste estudo. (Fonte: Maldonado et al.,
2003)..............................................................................................................................................10
Figura 7 - Linha de SBP obtida com o peixe SIS 3000 mostrando o fundo do mar e refletores
em sub-superfície. (Fonte: Damuth,1980)............................................................................. .11
Figura 8 - Sequência de movimentos do pistão durante a amostragem. (Fonte:
http://www.whoi.edu/instruments)............................................................................................ .12
Figura 9 - Representação de riscos geológicos típicos para serem considerados pelo
geotécnico, incluindo muitas características geológicas, bem como deslizamentos de
terra, areias carbonáticas, solos não consolidados, hidratos de gás e sedimentos
perturbados. (Fonte: Dean, 2010)......................................................................................... .14
Figura 10 - Um resumo amplamente utilizado em riscos geológicos de águas profundas. (Fonte:
Dean, 2010)....................................................................................................................... .15
Figura 11 - Perfil da sísmica 3D mostrando ondulações no drape causadas por rastejamento. À
direita um trecho do mapa de edge mostrando as ondulações em planta. (Fonte:
PETROBRAS, 2007)............................................................................................................... .17
Figura 12 - Exemplo de camadas de sedimento dobradas e soerguidas por diápiro visto na
sísmica 3D. (Fonte: AMORIM, 2008)................................................................................... .18
Figura 13 - Bloco diagrama mostrando feições comumente associados a diapirismo salino.
(Fonte: Roberts et al, 1986)................................................................................................... .18
Figura 14 - Perfis da sísmica 3D mostrando os dois tipos de falha. (Fonte: PETROBRAS, 2007) .20
Figura 15 - Perfil da sísmica 3D ao longo do pockmark gully. (Fonte: PETROBRAS, 2007).......... .21
Figura 16 - Perfil da sísmica 3D mostrando um pockmark do pockmark gully ilustrado à direita.
(Fonte: PETROBRAS, 2007)................................................................................................ .21
Figura 17 - Visualização 3D do fundo do mar mostrando um pockmark gully, pockmark trains e o
cânion. (Fonte: PETROBRAS, 2007)............................................................................... .22
Figura 18 - Perfil da sísmica 3D mostrando um cânion preenchido atualmente erodido por um
canal ativo. (Fonte: PETROBRAS, 2007)............................................................................ .23
Figura 19 - Visualização 3D do fundo marinho com as setas indicando alguns locais de
ocorrência de ravinamentos. (Fonte: PETROBRAS, 2007)............................................. .23
iv
Figura 20 - Perfil da sísmica 3D - depósito sendo erodido por um canal atual ativo. (Fonte:
PETROBRAS, 2007)............................................................................................................. .24
Figura 21 - Visualização 3D do anfiteatro onde é possível observar as diversas paredes
íngremes seguidas dos patamares. (Fonte: PETROBRAS, 2007).................................. .25
Figura 22 - Componentes básicos de uma jackup e sua vista de topo. (Fonte: Dean, 2010).......... .27
Figura 23 - Alguns perigos do fundo do mar durante a instalação da jackup. (Fonte: Dean,
2010)................................................................................................................................ .28
Figura 24 - Características básicas de uma plataforma fixa. (Fonte: Dean, 2010)............................ .29
Figura 25 - Erosão local e global. (Fonte: Dean, 2010)........................................................................ .30
Figura 26 - Vortex provocando erosão com o fluxo de água em torno de um cilindro com
interseção com o fundo do mar. (Fonte: Dean, 2010)....................................................... .30
Figura 27 - Instabilidade do fundo do mar devido a um local inclinado ou fluxo de detritos. (Fonte:
Dean, 2010)................................................................................................................ .31
Figura 28 - Exemplo da terminologia envolvida de petróleo e gás. (Fonte: Dean, 2010)................. .32
Figura 29 - Alguns riscos geológicos para cabos e dutos. (Fonte: Dean, 2010)............................... .33
Figura 30 - Perfil sísmico AA’ (setor NW). (Fonte: PETROBRAS, 2010)............................................ .35
Figura 31 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #1, #2 e #3. (Fonte:
PETROBRAS, 2010)............................................................................................................... .36
Figura 32 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #4 e #5. (Fonte:
PETROBRAS, 2010)...................................................................................................... .36
Figura 33 - Perfil sísmico BB’ (setor SW). (Fonte: PETROBRAS, 2010)............................................ .37
Figura 34 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #6, #7 e #8. (Fonte:
PETROBRAS, 2010)............................................................................................................... .38
Figura 35 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #9, #10 e #11. (Fonte:
PETROBRAS, 2010)............................................................................................................... .38
Figura 36 - Perfil sísmico CC’ (setor SE). (Fonte: PETROBRAS, 2010)............................................. .39
Figura 37 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #12, #13 e #14. (Fonte:
PETROBRAS, 2010)............................................................................................................... .40
Figura 38 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #15, #16 e #17. (Fonte:
PETROBRAS, 2010)............................................................................................................... .40
Figura 39 - Perfil sísmico DD’ (setor NE). (Fonte: PETROBRAS, 2010)............................................ .41
Figura 40 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #18, #19 e #20. (Fonte:
PETROBRAS, 2010).............................................................................................................. .42
Figura 41 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #21 e #22. (Fonte:
PETROBRAS, 2010)............................................................................................................... .42
v
ÍNDICE DE MAPAS
Mapa 1 - Mapa batimétrico com imagem de Edge ao fundo representando a área de
ancoragem da plataforma de petróleo (Fonte: PETROBRAS, 2010)........................... 44
Mapa 2 - Mapa de gradiente do fundo marinho nas locações das âncoras da plataforma de
petróleo (Fonte: PETROBRAS, 2010).......................................................................... 45
1
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS..................................................................................................................................... ...i
RESUMO......................................................................................................................................................... ...ii
ÍNDICE DE FIGURAS.................................................................................................................................... ..iii
ÍNDICE DE MAPAS ....................................................................................................................................... ..v
1. INTRODUÇÃO........................................................................................................................................ ..3
2. OBJETIVO............................................................................................................................................... ..4
3. AQUISIÇÃO DE DADOS....................................................................................................................... ..5
3.1 O MÉTODO SÍSMICO.............................................................................................................. ..5
3.1.1 SÍSMICA DE REFLEXÃO 3D..................................................................................... ..5
3.1.2 SONAR DE VARREDURA LATERAL....................................................................... ..8
3.1.3 SÍSMICA DE ALTA FREQUÊNCIA (SUB BOTTOM PROFILE)............................ 10
3.1.4 TESTEMUNHAGEM A PISTÃO................................................................................. 11
4. RISCOS GEOLÓGICOS (GEOHAZARDS)........................................................................................ 14
4.1 FEIÇÕES NORMALMENTE MAPEADAS COMO POSSÍVEIS FEIÇÕES
INDICATIVAS DE RISCO ÀS INSTALAÇÕES SUBMARINAS...................................... 14
4.1.1 DRAPE 15
4.1.2 MOVIMENTOS DE MASSA SUBMARINOS............................................................ 15
4.1.2.1 RASTEJAMENTO........................................................................................ 16
4.1.3 DIAPIRISMO SALINO.................................................................................................. 17
4.1.4 DECLIVIDADES ALTAS.............................................................................................. 19
4.1.5 FALHAS GEOLÓGICAS E FRATURAS................................................................... 19
4.1.6 POCKMARKS............................................................................................................... 20
4.1.7 CÂNIONS....................................................................................................................... 22
4.1.8 RAVINAS........................................................................................................................ 23
4.1.9 DEPÓSITOS ARENOSOS SUPERFICIAIS.............................................................. 24
4.1.10 ANFITEATRO................................................................................................................ 24
4.1.11 AFLORAMENTOS......................................................................................................... 25
5. RISCOS ASSOCIADOS ÀS INSTALAÇÕES SUBMARINAS.......................................................... 26
5.1 AVALIAÇÃO DO FUNDO SUBMARINO ENVOLVENDO A INSTALAÇÃO DE UMA
JACKUP............................................................................................................................. 26
5.2 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO EROSIVO NO FUNDO MAR ENVOLVENDO
PLATAFORMAS FIXAS..................................................................................................... 29
5.3 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO EROSIVO NO FUNDO MAR ENVOLVENDO
DUTOS.............................................................................................................................. 31
5.4 ESTUDO DE CASO - DETERMINAÇÃO DE MAPAS DE RISCO PARA
2
LANÇAMENTO DE LINHAS DE ANCORAGEM DE UMA DETERMINADA
PLATAFORMA DE PETRÓLEO......................................................................................
34
5.4.1 SETOR NW - ÂNCORAS #1, #2, #3, #4 e #5.......................................................... 35
5.4.2 SETOR SW - ÂNCORAS #6, #7, #8, #9, #10 e #11............................................... 37
5.4.3 SETOR SE - ÂNCORAS #12, #13, #14, #15, #16 e #17........................................ 38
5.4.4 SETOR NE - ÂNCORAS #18, #19, #20, #21 e #22................................................ 41
5.4.5 OBSERVAÇÕES.......................................................................................................... 43
6. CONCLUSÃO......................................................................................................................................... 46
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................................................... 47
3
1- INTRODUÇÃO
O estudo dos riscos relacionados à estabilidade do fundo marinho é imprescindível para a
exploração e produção de hidrocarbonetos, representando um grande desafio às companhias
petrolíferas. Além da dificuldade da realização dessas pesquisas, o custo destas também é
bastante elevado, exigindo muitas vezes técnicas e equipamentos avançados. No entanto, todo
este esforço é justificado pelos altos investimentos feitos na instalação e recuperação de
estruturas danificadas.
Portanto, o estudo prévio da estabilidade local seria importante para a compreensão de
mecanismos do leito submarino, a quantificação da frequência dos eventos de risco e suas
consequências às estruturas submarinas. Assim a avaliação de estratégias de respostas e análise
de logística e custo-benefício para esses casos será possível (Silva, 2005).
De forma a evitar que a presença de alguma feição geológica no assoalho marinho venha
a causar algum dano, os estudos de identificação de risco geológico (geohazard) devem ser
realizados antes do início de atividades submarinas de grande porte, principalmente as
relacionadas com a produção de petróleo. Esse estudo permite que se evite, quando possível, as
áreas de risco mais severas, e quando essas áreas de risco não podem ser evitadas, são
escolhidos equipamentos menos afetados pelos geohazards e pelas condições do fundo marinho
(Moore et al., 2007).
Para realizar estudos de geohazards, costuma-se utilizar ferramentas indiretas como a
sísmica de alta resolução, o sonar e a sísmica convencional 3D, associados a informações
diretas, como amostras geológicas e geotécnicas descritas ao longo deste trabalho.
4
2 - OBJETIVO
O objetivo deste trabalho é caracterizar as feições do fundo e subfundo indicativas de risco
geológico (geohazard), apresentando mapas para visualizar áreas preferenciais à instalação de
estruturas submarinas. Denominam-se geohazards todos os eventos geológicos potencialmente
causadores de qualquer tipo de dano a pessoas, a propriedades e ao meio ambiente. No caso
específico da exploração de petróleo no mar, os possíveis prejuízos incluem aqueles relacionados
aos riscos econômicos, como perda de equipamentos submarinos e de superfície, poluição do
mar, sem esquecer possíveis danos aos trabalhadores, como ferimentos e, em casos extremos, a
perda de vidas.
5
3 - AQUISIÇÃO DE DADOS
As interpretações registradas neste trabalho tiveram como base relatórios técnicos, cujo
conteúdo descreve uma metodologia proveniente de sísmica de baixa frequência 3D, de alta
frequência SBP (sub bottom profile deep towed), de sonar deep towed, e da interpretação de
amostras a pistão (piston corer), cujos métodos de aquisição são descritos a seguir.
3.1 - O MÉTODO SÍSMICO
Os dados sísmicos 3D, de alta frequência e os dados de sonar são obtidos através da
emissão de ondas acústicas na água e a captação do sinal refletido.
As ondas acústicas são geradas com facilidade e se propagam nos materiais com
velocidades variáveis, sendo refletidas e refratadas pelas diversas interfaces. Essas ondas são
pouco absorvidas pela água do mar, permitindo o levantamento sísmico em lâminas d’água
profundas e a penetração do sinal até quilômetros abaixo do fundo do mar. As ondas acústicas se
propagam na água com velocidade aproximada de 1500m/s, com possíveis variações locais
devido a gradientes de temperatura, salinidade e pressão hidrostática da água (Ayres Neto, 2000).
A velocidade de propagação no sedimento marinho depende indiretamente de fatores
como densidade, porosidade, pressão de confinamento, grau de saturação e temperatura. São
essas variações nas propriedades dos materiais que permitem a aplicação dos métodos
acústicos, pois o sinal captado pelos sensores (hidrofones) consiste na energia refletida na
interface entre dois meios com propriedades elásticas diferentes (Ayres Neto, 2000).
3.1.1 - SÍSMICA DE REFLEXÃO 3D
O método sísmico se baseia no fato que as ondas acústicas se propagam com velocidades
diferentes nos diversos tipos de sedimento. Através da geração de ondas sísmicas de baixa
frequência e observando-se o tempo de retorno em diferentes pontos é possível determinar a
distribuição de velocidades e identificar onde as ondas são refletidas e refratadas (Ayres Neto, op.
cit.). A fonte de ondas acústicas neste método é feita por air guns (canhões de ar), em que o pulso
é gerado pela súbita liberação de ar comprimido por um sistema de canhões e compressores de
ar (figuras 1 e 2) rebocados atrás da embarcação (Figura 3). O compressor tem como função
injetar e comprimir o ar dentro do canhão (Ayres & Baptista Neto, 2004; Duarte, 2003).
6
Figura 1 - Exemplo de canhão de ar. (Fonte: Bolt Technology, 2012)
Figura 2 - Detalhe do funcionamento do canhão de ar. (Fonte: Bolt Technology, 2012).
Esse tipo de fonte gera preferencialmente sinais de baixa frequência. As ondas refletidas
são captadas por uma malha de sensores (hidrofones) distribuídos na superfície da água (Figura
7
4). Para se obter o imageamento em três dimensões, os hidrofones são dispostos de maneira
equidistante (Thomas et al., 2001). A propriedade física medida nesse tipo de estudo é o tempo
de propagação das ondas acústicas, e os sinais obtidos são processados de forma a gerar um
cubo de dados sísmicos em que cada superfície de contraste de impedância detectada seja
representada. As superfícies de contrastes de impedância detectadas através do método sísmico
representam contrastes entre os materiais imageados, como litologias de composições,
densidades e estruturas diferentes, ou contrastes internos a uma mesma litologia.
Figura 3 - Arranjo típico e propagação das ondas sonoras.
Portanto, a sísmica 3D é uma importante ferramenta de investigação indireta dos
sedimentos, com limitações apenas para o fato de sua resolução espacial ser da escala de
dezenas de metros (distância proporcional ao espaçamento entre os hidrofones e entre as linhas
de aquisição).
8
Figura 4 - Arranjo típico de uma operação sísmica no mar. (Fonte: http:// blogmecante.com)
3.1.2 - SONAR DE VARREDURA LATERAL
O sonar (sound navigation and ranging) de varredura lateral (side scan) é um equipamento
rebocado pela embarcação, em superfície ou em profundidade, que emite dois feixes de sinal
acústico, um para cada lado, e captam as ondas refletidas do fundo do mar para o equipamento. A
imagem de sonar é formada a partir do sinal refletido captado pelo equipamento, que retorna com
intensidades distintas de acordo com o tipo de sedimento do fundo, o ângulo de incidência (ângulo
com que as ondas atingem o fundo do mar), a morfologia do fundo e a atenuação das ondas
acústicas (Ayres Neto, 2000).
As ondas acústicas são emitidas por projetores, e o eco captado por hidrofones. Esses
dois componentes são chamados transdutores. O projetor transforma pulsos elétricos em ondas
de pressão (acústicas) e o hidrofone faz a transformação inversa. Os transdutores são
transportados em um aparelho chamado de “peixe”. Esse equipamento pode ser rebocado a cabo
ou operado por controle remoto. As ondas emitidas pelo transdutor interagem com o fundo do mar
e são refletidas de maneira especular. O ângulo entre a normal com o sonar e o feixe incidente é
chamado de ângulo de elevação (Figura 5).
9
Figura 5 - Parâmetros do imageamento por sonar. (Fonte: Blondel e Murton, 1997).
A maior parte das ondas emitidas pelo sonar é refletida a 90° com o ângulo de incidência,
sendo essas ondas dispersas (não captadas pelo equipamento), e uma pequena parte é refletida
de volta para o equipamento, onde é amplificada e registrada (Blondel & Murton, 1997). A
amplitude do sinal captado varia com a(s):
∗ Geometria do objeto imageado;
∗ Características da superfície imageada (textura, microtopografia);
∗ Natureza do material (composição, densidade).
Existem dois tipos de sonar de varredura lateral rebocados: próximo à superfície (shallow
towed) e próximo ao fundo (deep towed). Algumas imagens apresentadas neste trabalho foram
originadas a partir da aquisição dos dados de sonar utilizando-se o “peixe” rebocado a cerca de
65m do fundo (deep towed), com frequência de 100 KHz (Figura 6).
10
Figura 6 - Sistema (peixe) deep towed SIS 3000. (Fonte: Maldonado et al., 2003).
3.1.3 - SÍSMICA DE ALTA FREQUÊNCIA
O SBP (sub bottom profile) é um método de levantamento de reflexão sísmica do fundo do
mar, com princípio semelhante à sísmica 3D, porém o sinal acústico é gerado por um transdutor
piezoelétrico e as frequências são maiores que as dos levantamentos sísmicos convencionais
(Duarte, 2003).
A utilização de sinal de alta frequência permite uma maior resolução dos horizontes
próximos ao fundo do mar, porém com menor penetração do sinal ocorrendo perda da informação
em profundidade.
O método por SBP poderá utilizar a tecnologia CHIRP (Compressed High Intensity Radar
Pulse), onde as ondas acústicas de frequência modulada (FM) são produzidas digitalmente de
forma que o pulso gerado tem fase e amplitude controladas por um minicomputador que corrige a
forma do pulso e estima a atenuação do sinal (Schock et al. 1989). A principal característica
desse sistema é a capacidade de monitorar a amplitude e a frequência do sinal emitido, o que
permite diferenciar o eco refletido do ruído produzido pelo próprio equipamento, o que facilita a
filtragem, (Ayres Neto & Baptista Neto, 2004, www.tritech.co.uk/products/chirp.htm, 2007).
11
Figura 7 - Linha de SBP obtida com o peixe SIS 3000 mostrando o fundo do mar e refletores em sub-superfície. (Fonte: Damuth,1980).
Os dados de SBP são visualizados na forma de seções sísmicas 2D (Figura 7), e a
interpretação é feita baseada nos tipos de retorno (ecos). Os aspectos observados são clareza e
continuidade dos ecos de fundo e subfundo, microtopografia ou morfologia do fundo do mar e
refletores em subfundo (Damuth, 1980).
3.1.4 - TESTEMUNHAGEM A PISTÃO
Para coletar amostras das camadas de sedimentos em subsuperfície são utilizados
equipamentos chamados testemunhadores, que consistem em um longo tubo aberto na parte de
baixo, que é cravado verticalmente no interior do sedimento do assoalho marinho. Quando o
testemunhador é cravado no sedimento, este fica retido no interior do tubo.
O testemunhador a pistão (piston corer) é constituído por um tubo de aço com várias
seções podendo chegar até 60m, acoplado a uma cabeça de chumbo (aproximadamente 6 ton.) e
a um braço metálico com um peso menor (chamado de “porquinho”), preso por um cabo de aço.
Na ponta do testemunhador há um pistão, que reduz o atrito com o sedimento durante a cravação
do testemunhador no solo (Ayres & Baptista Neto, 2004), ajudando a manter o testemunho no
interior do amostrador. Para facilitar o manuseio da amostra, o interior do tubo de aço é forrado
com um liner (tubo de PVC) onde o sedimento fica retido. Todo o sistema é preso ao navio por um
cabo de aço. Quando o “porquinho” atinge o fundo do mar, ele dispara o amostrador, que cai em
queda livre de 1 a 5m e se crava ao fundo devido ao próprio peso (Figura 8). O sedimento do
fundo permanece retido no interior do liner do amostrador, sendo todo o conjunto içado até a
superfície. Já na superfície, o liner de PVC é retirado do amostrador, marcado com setas
indicando topo e base do testemunho e serrado em seções de 1 metro. Cada seção é identificada
e lacrada com tampas plásticas nas extremidades.
12
Figura 8: Sequência de movimentos do pistão durante a amostragem. O peso menor (porquinho) desce até tocar o fundo e dispara o
amostrador, que cai por gravidade e se crava no sedimento. Quando o amostrador é içado, o sedimento permanece em seu interior,
em um liner de PVC. (Fonte: http://www.whoi.edu/instruments).
No laboratório em terra, a seções são cortadas longitudinalmente e descritas na escala
1:20, observando-se tipo de sedimento (litologia), coloração e conteúdo fossilífero. Em sedimento
hemipelágicos, o tipo de sedimento é geralmente classificado pela granulometria e pelo teor de
CaCO3, conforme a classificação mostrada na tabela abaixo.
13
Tabela 1: Tabela adotada pela PETROBRAS para classificação da lama hemipelágica de acordo com a porcentagem de carbonatos e
de areia. (Fonte: PETROBRAS).
Amostras paleontológicas para datação são lavadas em peneira de 0,062 mm de malha e
o material retido, após secagem, é passado em duas peneiras (0,250mm e 0,125 mm). Os
foraminíferos plantônicos retidos em cada peneira são identificados e contados. Para datação de
sedimentos do Quaternário Superior são utilizadas as biozonas de foraminíferos planctônicos de
Ericson e Wollin (1968). As formas indicadoras de águas quentes mais sensíveis são aquelas que
pertencem aos plexos Globoratalia menardii e Pulleniatina. As mais úteis para indicar águas frias
são Globoratalia inflata e Globoratalia truncatulinoides. As demais espécies presentes nas
amostras refletem tolerâncias intermediarias de temperatura (Vicalvi, 1999).
O trabalho de Ericson e Wollin (1968) propõe uma subdivisão para o período Quaternário,
com base nas variações de ausência e presença dos plexos Globorotalia menardii, e Globorotalia
trucatulinoides (foraminíferos planctônicos), nomeadas de Z e Y referentes aos intervalos
respectivamente, pós glacial e glacial, sendo Z, pertencente ao Holoceno e o outro ao Pleistoceno.
Vilcalvi (1999) propõe uma maior subdivisão do que aquela realizada por Ericson e Wollin (1968),
por meio de uma complementação com observações periódicas de desaparecimentos e
reaparecimentos do plexo Pulleniatina e outras espécies associadas, estabelecendo assim 18
subzonas (Z1, Z2, Y1 a Y5 e X1 a X11). Segundo Vicalvi (1999), tal biozonamento data os
principais eventos climáticos nos últimos 150.000 anos, aprimora a correlação dos testemunhos e
permite cálculos mais precisos das taxas de sedimentação das seções estudadas.
14
4 - RISCOS GEOLÓGICOS (GEOHAZARDS)
Os riscos geológicos são os riscos associados com características geológicas, geotécnicas
ou processos na proximidade de uma instalação prevista que podem representar uma ameaça
para a integridade ou a manutenção da estrutura e suas bases ao longo de sua vida útil (Figura 9).
Figura 9 - Representação de riscos geológicos típicos para serem considerados pelo geotécnico, incluindo muitas características geológicas, bem como deslizamentos de terra, areias carbonáticas, solos não consolidados, hidratos de gás e sedimentos perturbados. (Fonte: Dean,2010).
4.1 - FEIÇÕES NORMALMENTE MAPEADAS COMO POSSÍVEIS FEIÇÕES
INDICATIVAS DE RISCO ÀS INSTALAÇÕES SUBMARINAS
Os riscos geológicos, também chamados de geohazards, são identificados por um estudo
da geologia, geomorfologia, geografia e também através de levantamentos geofísicos e
geotécnicos de uma região (Peuchen e Argent, 2007). Assim, o modelo geológico da região da
plataforma ou rota do gasoduto é desenvolvido e usado para prever como os riscos poderão se
desenvolver ao longo do tempo de vida da estrutura (Figura 10). Para cada risco, as ameaças são
investigadas, monitoradas, removidas ou evitadas.
15
Figura 10 - Um resumo amplamente utilizado em riscos geológicos de águas profundas. (Fonte: Dean, 2010).
4.1.1 – DRAPE
O drape corresponde ao horizonte sedimentar mais superficial, de idade quaternária,
(Holoceno e Pleistoceno). Esses depósitos ocorrem de maneira contínua nas áreas mais elevadas
do fundo marinho e algumas área baixas. A deposição de sedimentos lamosos na forma de drape
homogêneo ocorre apenas em ambientes de baixa energia, portanto a presença de drape lamoso
de idade provável holocênica e pleistocênica é indício de razoável estabilidade do sedimento no
local onde este ocorre.
4.1.2 - MOVIMENTOS DE MASSA SUBMARINOS
Movimentos de massa submarinos ocorrem em áreas com declividade, principalmente
onde existem sedimentos não litificados. São eventos comuns no Talude Continental e ocorrem
sob várias condições. Os principais mecanismos disparadores de movimentos de massa
submarinos recentes são: terremotos, ondas de tempestade, variações no nível do mar e a
gravidade. A presença de depósitos de movimentos de massa indica a ocorrência de sedimentos
instáveis em suas proximidades e, portanto, deve-se investigar não apenas o depósito, mas sim
toda a área ao seu redor. As partículas transportadas podem variar desde a fração argila a blocos
de quilômetros de comprimento e dependendo das variações na intensidade do fluxo de
transporte, as características dos depósitos resultantes podem variar dentro de um mesmo corpo.
16
Os movimentos de massa submarinos podem ser divididos em três grupos:
∗ Escorregamentos e deslizamentos: quando o processo é iniciado somente pela gravidade;
∗ Fluxos plásticos: o transporte se dá devido a um fluido com fluxo laminar;
∗ Correntes de turbidez: o movimento é turbulento.
Escorregamentos e deslizamentos são movimentos de massas coesivos. A estrutura
interna do bloco não é perturbada durante o movimento, e a superfície de escorregamento ou
deslizamento segue a direção da estratificação. Os mecanismos que contribuem para disparar o
movimento podem ser ondas, surgência, gás, terremotos, correntes de contorno, atividades
antrópicas ou biológicas e carga de sedimento. O mecanismo de transporte é sempre a gravidade
(Mulder e Cochonat, 1996).
Fluxos plásticos são comuns nas plataformas continentais, e normalmente resultam do
movimento de massas de sedimentos não consolidados. A estrutura interna do sedimento original
tende a ser totalmente desorganizada. Os fluxos plásticos envolvem três tipos de mecanismo:
fluxo de detrito, fluxo fluidizado e fluxo liquefeito.
No fluxo de detritos, a gravidade é um importante fator de locomoção, e para os outros
fluxos, o movimento é principalmente devido à presença de um fluido intersticial. Os depósitos
formados apresentam estruturas perturbadas, caracterizando ecofacies transparentes ou caóticas
(Mulder e Cochonat, op. cit.).
As correntes de turbidez são fluxos gerados pela ação da gravidade em que a turbidez
mantém a dispersão dos grãos na maior parte do fluxo. A duração das correntes de turbidez,
(dezenas de horas a dias), faz com que sejam consideradas como fluxos constantes ou quase
constantes. Na sísmica, os depósitos de correntes de turbidez são vistos como refletores
contínuos e paralelos com estratificações de areia e lama, (Mulder e Cochonat, 1996).
4.1.2.1 - RASTEJAMENTO
O movimento do sedimento por rastejamento (creeping) cria ondulações no fundo marinho,
sendo que o mesmo é lento (Figura 11). Porém constitui um geohazard, pois o movimento pode
ser intensificado caso sejam instalados equipamentos submarinos nesses locais.
O movimento de rastejamento pode evoluir para um escorregamento quando o sedimento
atinge o seu limite de deformação plástica (Mulder e Cochonat, 1996), portanto podem ser
consideradas de risco as áreas onduladas e as áreas próximas abaixo destas no talude.
17
Figura 11 - Perfil da sísmica 3D mostrando ondulações no drape causadas por rastejamento. À direita um trecho do mapa de edge
mostrando as ondulações em planta. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
4.1.3 - DIAPIRISMO SALINO
Costuma-se denominar como “sal”, todas as rochas sedimentares em que predomina a
halita, mas além de camadas desse mineral, os corpos salinos contêm outros evaporitos e
sedimentos terrígenos associados.
Os evaporitos se precipitam por evaporação da água de baías marinhas rasas e bacias
com fluxos de água limitados. À medida que ocorre a evaporação desenvolvem-se depósitos
evaporíticos com dezenas a centenas de metros de espessura. Posteriormente esses depósitos
salinos são soterrados por outros tipos de sedimentos marinhos (Skinner e Turekian, 1973).
O “sal” é uma litologia que possui um comportamento mecânico diferente de outras rochas
como as carbonáticas e as siliciclásticas, sendo um material fluido e facilmente deformável que,
no entanto, não é facilmente comprimido. A densidade dos corpos de sal (sal + água + outros
sedimentos) é menor que a maior parte das litologias carbonáticas e siliciclásticas. Quando
soterrado por essas litologias, o sal apresenta um empuxo, o que torna o equilíbrio gravitacional
do pacote de rochas instável. Por esse motivo, bacias contendo sal tendem a deformar com mais
facilidade que bacias que não contêm sal (Hudec e Jackson, 2007).
Os mecanismos que disparam o movimento do sal estão relacionados a diferenças de
pressão ao longo do depósito (Rowan, 2000), que podem ser causadas pela subsidência de
rochas próximas ao sal, ou pela deposição de sedimentos acima de parte da camada, ou pela
ação da gravidade sobre camadas inclinadas. Esses fatores induzem movimentos laterais e
verticais em direção ao ponto de menor pressão, formando o diápiro. A Figura 12 mostra um perfil
sísmico de camadas dobradas e soerguidas por um diápiro de sal.
Sob o ponto de vista do estudo de geohazards, os diápiros de sal não constituem
diretamente uma feição de risco, mas induzem o desenvolvimento de diversas feições no fundo do
mar, que podem ser consideradas como geohazards.
18
Figura 12 - Exemplo de camadas de sedimento dobradas e soerguidas por diápiro visto na sísmica 3D. (Fonte: AMORIM, J., 2008).
O fundo do mar, modificado por diapirismo salino permite o desenvolvimento de feições
que o diferencia de ambientes sem a influência do sal. A Figura 13 ilustra essas feições, que são
explicadas de maneira resumida a seguir.
Figura 13 - Bloco diagrama mostrando feições comumente associados a diapirismo salino. As setas representam direções de correntes de fundo. (Fonte: Roberts et al, 1986).
∗ Inicialmente, o movimento lateral do sal para um ponto de menor pressão induz o
desenvolvimento de falhas e microbacias no local de onde o sal foi expulso, e o
desenvolvimento de elevações no ponto onde o sal se concentra;
∗ O soerguimento da massa de sal (diápiro) causa o dobramento das camadas sobrejacentes e
falhas;
19
∗ Com o soerguimento do fundo do mar o sedimento raso se torna instável, é erodido e forma
depósitos de movimento de massa;
∗ Através das falhas percolam gases e outros hidrocarbonetos que estavam confinados em
profundidade;
∗ O gás, ao percolar pelas camadas, reage produzindo carbonatos;
∗ Nas janelas de escape de hidrocarbonetos se precipita carbonato. Esse tipo de depósito pode
ser associado a microorganismos (depósitos biogênicos) ou não (depósitos autigênicos).
∗ As elevações no assoalho marinho interferem no padrão e na velocidade de correntes de
fundo e no regime de escavação e deposição.
4.1.4 - DECLIVIDADES ALTAS
Gradientes elevados no relevo marinho causam a redução na estabilidade dos sedimentos,
sendo que índices de declividade a partir de 10° sã o considerados como valores críticos, em que
os escorregamentos se tornam mais susceptíveis de ocorrerem. Além dos riscos relacionados à
estabilidade dos sedimentos, inclinações acima de 6° dificultam a instalação de equipamentos
submarinos (Mulder e Cochonat, 1996).
4.1.5 - FALHAS GEOLÓGICAS E FRATURAS
As falhas e fraturas próximas às superfícies podem causar fraquezas na estrutura do
sedimento e os tornar mais susceptíveis a escorregamentos e colapsos. Essas feições geológicas
podem caracterizar geohazard, principalmente quando ocorrem associadas a outras feições, como
ocorrência de gás raso (pois o gás pode percolar pelas falhas) e gradientes elevados (a falha ou
fratura pode se tornar uma superfície de escorregamento).
20
Figura 14 - Perfis da sísmica 3D mostrando os dois tipos de falha. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
4.1.6 - POCKMARKS
Depressões circulares de dezenas a centenas de metros de diâmetro, causados pelo
escape de fluídos, mas com pouca profundidade, os pockmarks, segundo literatura geológica,
podem ser formados a partir de diversos mecanismos disparadores, tais como falhas tectônicas,
canais soterrados, diápiros de lama ou de sal, slumps, slides, glacial scouring e antropogênicos.
Estes são, na verdade, mecanismos que reduzem localmente a pressão litostática a ponto de
iniciarem a expulsão de fluidos e consequentemente a formação dos pockmarks.
Essas estruturas podem ocorrer alinhadas e adjacentes. Pilcher e Argent (2007)
descrevem essas estruturas, denominando-as “pockmark gullies e pockmark trains”.
Segundo esses autores, pockmarks alinhados podem estar associados a zonas de falhas
ou canais soterrados. Quando processos de erosão ocorrem formando um ravinamento ao longo
dos pockmarks, formam-se os pockmarks gullies (figuras 15 e 16). Os Pockmarks gullies podem
evoluir a ponto de formarem calhas de grande porte e até cânions. E quando essas estruturas
estão alinhadas, mas podem ser individualizadas, o conjunto é chamado pockmark train (Figura
17).
Acredita-se que os pockmarks trains quando erodidos evoluem para pockmarks gullies,
que podem evoluir para formar cânions de duas maneiras:
∗ através da intensificação de fluxo de sedimento em seu interior;
∗ formando zonas de fraqueza sobre as quais ocorrem rupturas de grandes massas coesas de
sedimento, a superfície de ruptura torna-se então a calha de um cânion.
21
Figura 15: Perfil da sísmica 3D ao longo do pockmark gully mostrado à direita. Observa-se que na sequência de pockmarks, os primeiros têm perfil em V, e os outros têm perfil em U e em forma de colher onde o gully começa a formar um pequeno cânion por escorregamento. Escala vertical em tempo duplo. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
Figura 16: Perfil da sísmica 3D mostrando um pockmark do pockmark gully ilustrado à direita. O perfil mostra que a estrutura atualmente observada no fundo do mar já existe na coluna sedimentar desde ao menos o início do Terciário, e que hoje sua forma é suavizada. Escala vertical em tempo duplo. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
22
Figura 17: Visualização 3D do fundo do mar mostrando um pockmark gully, pockmark trains e o cânion. Acredita-se que o cânion tenha
a sua origem associada à erosões/escorregamentos ao longo de um pockmark gully e ao movimento coesivo de toda a massa
sedimentar indicada pelo tracejado branco. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
4.1.7 - CÂNIONS
Cânions são interpretados como geohazards por serem condutos preferenciais para fluxos
de sedimentos e correntes de turbidez e, portanto, apresentam atividade de erosão e deposição
maiores que nas áreas adjacentes, o que constitui um risco para instalação de equipamentos
submarinos nesses locais. Para cânions que se encontram desconectados da fonte alimentadora
dos outros cânions, o maior risco está ligado ao desmoronamento de suas paredes (Figura 18).
23
Figura 18 - Perfil da sísmica 3D mostrando um cânion preenchido atualmente erodido por um canal ativo. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
4.1.8 - RAVINAS
São feições canalizadas de pequeno porte (quando comparadas aos cânions e canais) que
“rasgam” as paredes dos cânions ou outras escarpas (Figura 19).
Figura 19 - Visualização 3D do fundo marinho com as setas indicando alguns locais de ocorrência de ravinamentos. (Fonte:
PETROBRAS, 2007).
24
4.1.9 - DEPÓSITOS ARENOSOS SUPERFICIAIS
Depósitos arenosos superficiais ao longo dos eixos e desembocaduras dos cânions são
indícios que estes estão ativos, com fluxos de sedimentos, erosão e deposição (Figura 20). Em
locais onde as taxas de erosão e deposição dos sedimentos são intensas, a instalação de
equipamentos e a perfuração de poços podem não ser seguras.
Figura 20 - Perfil da sísmica 3D - depósito sendo erodido por um canal atual ativo. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
4.1.10 – ANFITEATRO
Este é um termo utilizado para uma feição negativa de grande porte que marca a margem
proximal direita do Cânion 1 e parece influenciar no seu traçado. A Figura 21 mostra que se trata
de uma morfologia marcada por uma sequência de paredes íngremes (cicatrizes de remoção de
sedimento) seguidas de patamares formando um escalonamento em direção ao cânion.
25
Figura 21 - Visualização 3D do anfiteatro onde é possível observar as diversas paredes íngremes seguidas dos patamares. Atentar
como os sedimentos se projetam em direção ao Cânion 1 modificando seu traçado. (Fonte: PETROBRAS, 2007).
4.1.11 - AFLORAMENTOS
Afloramentos no fundo do mar denotam erosão recente e/ou planos de falhas. Neste caso,
as questões de geohazard referem-se a problemas de rochas mais resistentes no fundo do mar e
que podem causar dificuldades na cravação de âncoras e instalações de equipamentos
submarinos. Ademais, geralmente, rochas mais antigas apresentam-se cobertas por uma pequena
camada de sedimento inconsolidado, que é instável e passível de deslizamento.
26
5 - RISCOS ASSOCIADOS ÀS INSTALAÇÕES SUBMARINAS
Com a crescente evolução da indústria do petróleo, à medida que o tempo passa, mais
equipamentos são instalados no fundo do mar. O espaço, cada vez mais restrito, vem sendo
melhor estudado e analisado com detalhes, a fim de garantir com segurança desde o
planejamento até a instalação dos equipamentos.
A seguir, serão apresentados alguns exemplos de aspectos do assoalho oceânico e os
riscos que podem ocorrer na instalação de equipamentos para exploração.
5.1 - AVALIAÇÃO DO FUNDO SUBMARINO ENVOLVENDO A INSTALAÇÃO DE UMA
JACKUP
A jackup é uma plataforma móvel, auto-elevatória composta de um casco que suporta
equipamentos de perfuração sobre o convés, além de três ou mais pernas retráteis passando pelo
casco. Uma unidade é deslocada para sua locação, movimenta as pernas para o fundo do mar e
eleva seu casco fora da água. A Figura 22 mostra uma jackup com pernas independentes. Uma
unidade de grande porte poderá operar em até cerca de 110 m de profundidade de água. Ela tem
um casco no formato triangular e suas pernas são constituídas por uma estrutura de armação de
10m de largura em forma de quadrado, visto em planta, apoiado sobre as fundações
independentes chamadas sapatas que podem ter até 20m de diâmetro. A unidade é adequada
para locais de solo mole em que grande área de sapata sejam necessárias, mas também pode ser
usada em leitos marinhos de composição arenosa.
27
Figura 22 – Componentes básicos de uma jackup, vista em perfil e em planta. (Fonte: Dean, 2010).
A Figura 23 ilustra alguns riscos especiais que podem ocorrer durante a instalação das
sapatas. Afloramentos de construção e detritos de rocha podem danificar as sapatas,
concentrando as forças de reação do solo em pequenas áreas (Fig. 23a). Isto pode causar
overstress (sobre esforço) pontuais e excessiva flexão nas pernas.
Um fundo do mar naturalmente desigual pode também acarretar na flexão da perna, mas
pode, por vezes, ser corrigido por uma leve dragagem. Um rígido e uniforme leito rochoso é
também perigoso porque a maioria das sapatas não será capaz de suportar o peso do jackup em
cones na sua ponta.
28
Figura 23 - Alguns perigos do fundo do mar durante a instalação. (a) Afloramento de rocha ou detritos do fundo do mar rígido. (b)
Pegadas ou volumes remoldados de implantações anteriores de jackup. (c) uma camada de solo duro recobre uma camada macia.
(d) inclinação de estrato rígido no fundo do mar. (Fonte: Dean, 2010).
Um perigo comum para jackups sendo implantadas é o problema das pegadas (Fig. 23b),
onde a implantação anterior de uma jackup diferente deixou depressões no fundo do mar,
causada pelas sapatas. As depressões não coincidem com as posições das sapatas para a jackup
nova. Isto pode causar o deslizamento de uma sapata para a pegada antiga, induzindo flexão da
perna e impedindo o alinhamento apropriado com a plataforma fixa. Jardine et al. (2001)
desenvolveram uma técnica chamada 'pisar' para contornar este problema em locais de argila
mole. Uma das sapatas é usada para empurrar para baixo em diferentes lugares ao redor das
pegadas mais antigas criando uniformidade, fechando-as ou simplesmente remodelando a argila
ao redor das depressões.
Apoiar a sapata pode ser um grande perigo em alguns locais (Fig. 23c). A
causa mais comum é um solo duro ou camada de rocha pouco espessa que cobre um suave solo.
A sapata rompe a camada dura, e penetra rapidamente até que encontre resistência suficiente do
solo ou o casco da jackup entra na água, quando flutuabilidade do casco reduz a carga da perna
suficientemente para parar o movimento.
Estratos do solo inclinados podem ser perigosos (Fig. 23d). As pernas de uma jackup
grande podem ter 50 m ou mais de comprimento. Se as camadas de solo no local têm quedas
significativas, as penetrações das sapatas no fundo do mar podem ser significativamente
29
diferentes. Por exemplo, uma camada com mergulho de 6° pode resultar em penetrações que são
50 x tan 6°= 5m em sapatas diferentes.
5.2 - AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO EROSIVO NO FUNDO MAR ENVOLVENDO
PLATAFORMAS FIXAS
A Figura 24 mostra características típicas de uma plataforma jaqueta. A jaqueta consiste
de uma estrutura de aço aberto feita de um arranjo de pernas tubulares, contraventamentos
horizontais e contraventamentos diagonais. Ele suporta um convés e módulo alojamento,
geralmente incluindo um heliponto para o acesso, e uma sonda de perfuração. A estabilidade
contra esforço lateral da estrutura é normalmente fornecida por estacas cravadas no fundo do
mar.
Figura 24 – Características básicas de uma plataforma fixa. (Fonte: Dean, 2010).
As figuras 25 e 26 ilustram o perigo da erosão nas plataformas fixas. Correntes marinhas
sobre o leito do mar podem causar pouca coesão de material e ser erodido ao longo do tempo. A
erosão regional (global scour) ocorre em toda a área ocupada pelas fundações. Ela reduz as
30
tensões eficazes no solo e é contabilizada na concepção da fundação. Adicionada a este local, a
erosão local (local scour) desenvolve-se na vizinhança imediata de objetos que sobressaem a
partir do fundo do mar, incluindo estacas. A proteção contra erosão pode ser conseguida por
adição de rocha, materiais de concreto ou outros dispositivos.
Figura 25 - Erosão local e global. (Fonte: Dean, 2010).
Figura 26 - Vortex provocando erosão com o fluxo de água em torno de um cilindro com interseção com o fundo do mar. (Fonte: Dean,
2010).
31
A erosão pode se encontrar no local da jaqueta ou nas proximidades. Se o solo no fundo
do mar tiver pouca espessura e uma topografia muito suave, pode ser possível conceber uma
jaqueta para suportar os movimentos laterais significativos do solo. A tarefa geotécnica é de
prever as cargas laterais aplicadas pelo solo às estacas (Figura 27).
Figura 27 - Instabilidade do fundo do mar devido a um local inclinado ou fluxo de detritos. (Fonte: Dean, 2010).
5.3 - AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO EROSIVO NO FUNDO MAR ENVOLVENDO
DUTOS
Dutos offshore e linhas de fluxo são tubos que são colocados sobre ou abaixo do
fundo do mar para transportar petróleo, gás ou outros fluidos de um lugar para outro. Eles são
descritos como as 'artérias' da indústria de petróleo e gás (Figura 28).
32
Figura 28 - Exemplo da terminologia envolvida de petróleo e gás. (Fonte: Dean, 2010).
Os oleodutos e cabos percorrem, ao longo de sua extensão, muitos terrenos
geologicamente diferentes. Eles têm pouca força longitudinal para flambagem. Sua instalação e
performance são fortemente afetados a poucos metros acima do fundo do mar. Estes poucos
metros acima são afetados pela erosão e vida marinha.
Os pontos de início e fim de um duto são geralmente determinados por locais de produção
ou de entrega. A rota geralmente é selecionável. A diferença de custo entre uma rota bem
selecionada e uma mal selecionada pode chegar a muitos milhões de dólares. O objetivo da
seleção da rota é de encontrar um caminho que ofereça segurança, permitir que o bem a ser
instalado o seja de uma maneira prática e de baixo custo e permita que ele seja operado,
inspecionado, mantido e reparado se necessário.
A Figura 29 mostra alguns perigos comuns para dutos offshore. A pesca comercial é um
dos principais riscos em algumas regiões (Fig. 29a). Grandes arrastões usam pesadas redes que
são puxadas ao longo do fundo do mar. Estas redes e seus acessórios tem potencial para
provocar danos no duto. As embarcações que manuseiam âncoras no fundo do mar também são
um perigo através de seu peso, bem como pela captura e arraste.
Um leito do mar irregular pode gerar vãos livres (Fig. 29b), onde um duto em sua rota
abrange dois pontos altos. O duto estará sujeito à flexão adicional e tensões axiais no vão livre.
Sempre que necessário, acostamentos podem ser construídos por adição de rocha ou cascalho
para suavizar o fundo do mar e assim permitir que um duto assente.
33
Falhas geológicas são consideradas como riscos, porque são lugares onde significativos
movimentos no solo pode ocorrer. Um duto longo pode passar por áreas de risco sísmico diferente
e de condições hidrodinâmicas diferentes. Pressões cíclicas de terremotos e ondas de água pode
potencialmente levar a uma liquefação de um leito de areia, permitindo que um duto se desaloje a
partir de uma determinada profundidade ou o duto mais pesado afunde dentro do solo.
Algumas regiões do fundo do mar são íngremes e até mesmo montanhosas, com risco de
deslizamentos submarinos (Fig. 29c). Deslizamentos de terra podem ser desencadeados por
furacões, terremotos ou simplesmente por acúmulo de material depositado ao longo do tempo.
Vales no fundo do mar podem canalizar fluxos de detritos ou correntes de turbidez,
proporcionando uma ameaça potencial para dutos e cabos que passam por vales.
Figura 29 - Alguns riscos geológicos para cabos e dutos. (a) riscos provenientes de navios de pesca e embarcações de ancoragem.
(b) vão livre criado por irregularidades do fundo do mar, dunas de areia, afloramentos de rocha ou movimento em uma falha geológica.
(c) deslizamentos submarinos e fluxos de detritos. (Fonte: Dean, 2010).
34
5.4 - ESTUDO DE CASO - DETERMINAÇÃO DE MAPAS DE RISCO PARA
LANÇAMENTO DE LINHAS DE ANCORAGEM DE UMA DETERMINADA PLATAFORMA
DE PETRÓLEO.
Para este estudo, algumas informações como coordenadas geográficas, nome do campo
produtor, bacia sedimentar e plataforma de produção serão suprimidas, já que os dados utilizados
neste trabalho pertencem à PETROBRAS, empresa à qual se reserva o direito de manter o sigilo
sobre seus dados. Os mapas fornecidos para este trabalho, portanto, serão apresentados sem as
coordenadas de localização e os sedimentos e substrato litológico serão referidos de forma
genérica, quando for o caso.
A área da plataforma de petróleo ZYZ está inserida no contexto fisiográfico do Talude
Continental Inferior da costa brasileira, em uma determinada bacia sedimentar. O Talude
Continental na região tem alinhamento na direção N-S e mergulha para E. A morfologia do fundo
marinho na área é condicionada pela existência de canais submarinos, feições erosivas,
ondulações e falhamentos. O relevo é relativamente plano, com declividade regional variando de
0° a 2°, podendo localmente atingir valores superio res a 10°, junto a feições erosivas, canais e
falhas.
As feições fisiográficas mais significativas na área da Plataforma ZYZ são uma falha
geológica com pequeno rejeito a leste dos setores NE e SE, e uma feição erosiva entre os setores
NW e SW. A falha encontra-se a distâncias aproximadas de 2,2 km (setor SE) e 3,4 km (setor
NE) e se desenvolve na direção NE-SW. A feição erosiva encontra-se a distâncias aproximadas
de 700 m a sul do setor NW e 900 m a norte do setor SW, atingindo cerca de 20 m de
profundidade. As feições erosivas que ocorrem na área da Plataforma ZYZ são semelhantes a
sulcos, tendo sido provavelmente geradas pelo deslizamento ou arraste de blocos em movimentos
de massa ocorridos no passado geológico.
Ao final desta análise, serão apresentados os mapas 1 e 2, onde o primeiro apresenta o
arranjo submarino da ancoragem da Plataforma ZYZ sobre a batimetria da área, com uma
imagem de Edge ao fundo, destacando as formas do relevo. No mesmo mapa são indicadas as
locações dos testemunhos e ensaios disponíveis, bem como a posição dos perfis sísmicos
analisados e o segundo mapa apresenta os gradientes do fundo marinho nas locações das
âncoras da Plataforma ZYZ.
Serão apresentadas análises específicas das condições geológicas e geotécnicas de cada
setor de ancoragem da Plataforma ZYZ.
35
5.4.1 - SETOR NW - ÂNCORAS #1, #2, #3, #4 e #5
O setor NW do sistema de ancoragem da Plataforma ZYZ é constituído pelas âncoras #1,
#2, #3, #4 e #5, cujo contexto geológico está ilustrado no perfil sísmico AA’ (Figura 30 e Mapa 1).
Através do perfil sísmico da Figura 30 é possível visualizar as mudanças no subsolo marinho e
visualizar se o ensaio geotécnico mais próximo do setor se encontra no mesmo contexto das
locações das âncoras. As figuras 31 e 32 apresentam os perfis sísmicos obtidos através do
levantamento de alta resolução (SBP), onde são projetadas as locações das âncoras, sendo
possível determinar as espessuras das camadas com precisão melhor do que a obtida na sísmica
3D.
Figura 30 - Perfil sísmico AA’ (setor NW). (Fonte: PETROBRAS, 2010).
No setor NW, a primeira camada (cuja base é definida pelo Refletor 1 na Figura 30)
corresponde a um drape de lama normalmente adensada que constitui o fundo marinho na área.
Os dados da sísmica de alta resolução indicam que a espessura desta camada nos pontos de
ancoragem varia entre 19 e 20 m (cerca de 2m a 3m menor que a espessura estimada a partir da
sísmica 3D). Abaixo da lama normalmente adensada (entre o Refletor 1 e o Refletor 2 na Figura
Fundo do Mar
1° Refletor Sísmico
2° Refletor Sísmico
Ensaio PCPT
36
30), a sismofácie observada indica a ocorrência de camadas arenosas com intercalações finas de
lama. A profundidade estimada para o Refletor 2 pela sísmica 3D varia entre 38 e 44 m.
Figura 31 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #1, #2 e #3. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
Figura 32 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #4 e #5. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
37
5.4.2 - SETOR SW - ÂNCORAS #6, #7, #8, #9, #10 e #11
O setor SW do sistema de ancoragem da Plataforma ZYZ é constituído pelas âncoras #6,
#7, #8, #9, #10 e #11, cujo contexto geológico está ilustrado no perfil sísmico BB’ (Figura 33 e
Mapa 1). Através do perfil sísmico da Figura 33 é possível visualizar as mudanças no subsolo
marinho e visualizar se o ensaio geotécnico mais próximo do setor se encontra no mesmo
contexto das locações das âncoras. Junto ao perfil da Figura 33 estão indicadas as profundidades
dos refletores sísmicos nas locações das âncoras e do ensaio GT-644 (profundidades estimadas a
partir do dado sísmico 3D). As figuras 34 e 35 apresentam os perfis sísmicos obtidos através da
sísmica de alta resolução (SBP), onde são projetadas as locações das âncoras, sendo possível
determinar as espessuras das camadas com melhor precisão do que a obtida na sísmica 3D.
Figura 33 – Perfil sísmico BB’ (setor SW). (Fonte: PETROBRAS, 2010).
No setor SW, a exemplo do que acontece no setor NW, a primeira camada (cuja base é
definida pelo Refletor 1 na Figura 33) corresponde a um drape de lama normalmente adensada
que constitui o fundo marinho na área. Os dados da sísmica de alta resolução indicam que a
espessura desta camada nos pontos de ancoragem varia entre 23 e 26 m (cerca de 2 a 3m menor
que a espessura estimada a partir da sísmica 3D). Abaixo da lama normalmente adensada (entre
o Refletor 1 e o Refletor 2 na Figura 33) ocorrem intercalações de camadas arenosas com
camadas finas de lama. A profundidade estimada para o Refletor 2 pela sísmica 3D varia entre 40
e 45 m.
Fundo do Mar 1° Refletor Sísmico 2° Refletor Sísmico Ensaio PCPT
38
Figura 34 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #6, #7 e #8. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
Figura 35 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #9, #10 e #11. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
5.4.3 - SETOR SE - ÂNCORAS #12, #13, #14, #15, #16 e #17
O setor SE do sistema de ancoragem da Plataforma ZYZ é constituído pelas âncoras #12,
#13, #14, #15, #16 e #17, cujo contexto geológico está ilustrado no perfil sísmico CC’ (Figura 36 e
39
Mapa 1). Junto ao perfil da Figura 36 estão indicadas as profundidades dos refletores sísmicos
nas locações das âncoras e do ensaio GT-642 (profundidades estimadas a partir do dado sísmico
3D). Nas figuras 37 e 38, são apresentados os perfis sísmicos de alta resolução (SBP), onde são
projetadas as locações das âncoras, sendo possível determinar as espessuras das camadas com
melhor precisão que a obtida pela sísmica 3D.
Figura 36 – Perfil sísmico CC’ (setor SE). (Fonte: PETROBRAS, 2010).
No setor SE, o fundo marinho é constituído pelo mesmo drape de lama normalmente
adensada encontrado nos setores apresentados anteriormente. O primeiro refletor sísmico
(Refletor 1 na Figura 36) corresponde à base desse drape. Os dados da sísmica de alta resolução
indicam que a espessura desta camada nos pontos de ancoragem varia entre 22 e 24 m (cerca de
3 a 4m menor que a espessura estimada a partir da sísmica 3D). Abaixo da lama normalmente
adensada (entre o Refletor 1 e o Refletor 2 na Figura 36) ocorrem camadas arenosas com finas
intercalações de lama. A profundidade estimada para o Refletor 2 pela sísmica 3D varia entre 52 e
64 m.
Fundo do Mar
1° Refletor Sísmico
2° Refletor Sísmico
40
Figura 37 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #12, #13 e #14. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
Figura 38 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #15, #16 e #17. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
41
5.4.4 - SETOR NE - ÂNCORAS #18, #19, #20, #21 e #22
O setor NE do sistema de ancoragem da Plataforma ZYZ é constituído pelas âncoras #18,
#19, #20, #21 e #22, cujo contexto geológico está ilustrado no perfil sísmico DD’ (Figura 39 e
Mapa 1). Junto ao perfil da Figura 39 estão indicadas as profundidades dos refletores sísmicos
nas locações das âncoras e do ensaio GT-651 (profundidades estimadas a partir do dado sísmico
3D). Nas figuras 40 e 41, são apresentados os perfis sísmicos de alta resolução (SBP), onde são
projetadas as locações das âncoras, sendo possível determinar as espessuras das camadas com
melhor precisão que a obtida pela sísmica 3D.
Figura 39 – Perfil sísmico DD’ (setor NE). (Fonte: PETROBRAS, 2010).
No setor NE, como nos demais setores, o fundo marinho é também constituído por um
drape de lama normalmente adensada. O primeiro refletor sísmico (Refletor 1 na Figura 39)
corresponde à base desse drape. Os dados da sísmica de alta resolução indicam que a
espessura desta camada nos pontos de ancoragem varia entre 19 e 22 m (até 3m a menos que a
espessura estimada a partir da sísmica 3D).
Abaixo da lama normalmente adensada (entre o Refletor 1 e o Refletor 2 na Figura 39)
ocorrem camadas arenosas com finas intercalações de lama. A profundidade estimada para o
Refletor 2 pela sísmica 3D varia entre 27 e 37 m.
Fundo do Mar
1° Refletor Sísmico
2° Refletor Sísmico
Ensaio PCPT
42
Figura 40 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #18, #19 e #20. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
Figura 41 - Perfil sísmico SBP representativo das locações das âncoras #21 e #22. (Fonte: PETROBRAS, 2010).
43
5.4.5 - OBSERVAÇÕES
A morfologia do fundo marinho na área é condicionada pela existência de canais
submarinos, feições erosivas, ondulações e falhamentos. O relevo é relativamente plano, com
declividade regional variando de 0 a 2 graus, podendo localmente atingir valores superiores a 10
graus, junto a feições erosivas, canais e falhas.
As feições fisiográficas mais significativas na área da Plataforma ZYZ (destacadas no
mapa 1) são uma falha geológica com pequeno rejeito a leste dos setores NE e SE e uma feição
erosiva entre os setores NW e SW. A falha encontra-se a distâncias aproximadas de 2,2 km (setor
SE) e 3,4 km (setor NE) e se desenvolve na direção NE-SW. A feição erosiva encontra-se a
distâncias aproximadas de 700 m a sul do setor NW e 900 m a norte do setor SW, atingindo cerca
de 20m de profundidade. As feições erosivas que ocorrem na área da Plataforma ZYZ são
semelhantes a sulcos, tendo sido provavelmente geradas pelo deslizamento ou arraste de blocos
em movimentos de massa ocorridos no passado geológico.
A partir das informações coletadas através dos gráficos acima e das análises por PCPT
(piezocone penetrômetro) disponíveis na área, quando o equipamento chegou muitas vezes a
ficar próximo de sua capacidade máxima de carga de penetração, sempre na transição para a
camada arenosa, poderíamos sugerir que ocorreriam dificuldades de cravação dos torpedos a
partir da camada de areia intercalada com lama.
44
MAPA 1
Curva Batimétrica IC=10m
Testemunho Geológico Profundo (GL)
Ensaio Geotécnico PCPT (GT)
Testemunho Geológico Profundo (JPC)
Perfil Sísmico 3D
Falha Geológica
Arranjo Submarino da Plataforma ZYZ
Legenda
45
MAPA 2
46
6 - CONCLUSÃO
A indústria do petróleo caminha cada vez mais para campos de produção em águas
profundas e ultra profundas, onde a avaliação do fundo submarino para verificar a existência de
riscos geológicos se torna uma necessidade imperiosa.
Há, portanto, que se compreender melhor os movimentos de massa submarinos, as suas
consequencias e os depósitos resultantes. Grandes avanços no mapeamento subaquático,
amostragem, tecnologias de monitoramento e modelação numérica desenvolvidos ao longo das
duas últimas décadas melhoraram o entendimento neste domínio.
A partir do uso combinado de equipamentos como sonar de varredura lateral, sísmica de
reflexão 3D com dados de maior resolução como SBP, testemunhagem a pistão e filmagens de
ROV (Remotely Operated Vehicle), é possível realizar o mapeamento de determinada região em
estudo em escala de detalhe e das feições de risco existentes na área.
Através das imagens e dados apresentados neste trabalho, foi possível identificar alguns
condicionantes geológicos que podem representar riscos às instalações submarinas, incluindo
movimentos de massa, feições estruturais, afloramentos, morfologia do fundo, além da
sedimentação presente no fundo e subfundo.
47
7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AMORIM, J., 2008. Caracterização geológica do fundo marinho em área afetada por diapirismo
salino em águas ultraprofundas da Bacia de Campos. Dissertação de Mestrado para obter o grau
de Mestre em Geociências, área de concentração Geologia Sedimentar e Ambiental, UFPE,
Recife.
AYRES NETO, A., 2000. Uso da Sísmica da Reflexão de Alta Resolução e da Sonografia na
Exploração Mineral Submarina. Revista Brasileira de Geofísica, 18 (3): 241- 256.
AYRES NETO, A., BAPTISTA NETO, J. A., 2004. Métodos Diretos e Indiretos de Investigação do
Fundo Oceânico. In: Baptista Neto, J. A., Ponzi, V. R. A., Sichel, S. E., (org). Introdução à
Geologia Marinha. Interciências, Rio de Janeiro, cap. 6: 127-151.
BLONDEL, P., MURTON, B. J., 1997. Handbook of Seafloor Sonar Imagery. Praxis Publishing Ltd,
West Sussex. 314p.
DAMUTH, J.E.,1980. Use of high-frequency (3.5-12 kHz) echograms in the study of near-bottom
sedimentation processes in the deep-sea: a review. Marine Geology 38: 51-75.
DEAN, E. T. R., 2010 - Offshore geotechnical engineering - Principles and practice. Thomas
Telford Limited, London 554p.
DUARTE, Osvaldo de Oliveira, 2003. Dicionário enciclopédico inglês-português de geofísica e
geologia -2º edição. SBGf, Rio de Janeiro, 352p.
ERICSON, D. B., WOLLIN, G., 1968. Pleistocene climates and chronology in deep-sea sediments.
Science, 162:1227-1234.
FALQUETO, D., 2007. Análise de estabilidade do fundo marinho e determinação de riscos
geológicos (geohazards) na plataforma continental do espírito santo adjacente a Guarapari - ES.
Monografia para obtenção de grau de Oceanógrafo, UFES, Vitória.
HUDEC, M. R., JACKSON, M. P. A., 2007. Terra infirma: understanding salt tectonics. Earth-
Science Review, v. 82, 01-28
KOWSMANN, R. O., VICALVI, M.A. 2003 – Descrição e datação dos furos da Campanha
Bucentaur 2003 na área de Jubarte/Cachalote (Bloco BC-60). Rio de Janeiro, PETROBRAS.
Relatório CENPES/PDP/MC (RT GEOF 008/2003).
48
MALDONADO, P. R., PIAULINO, P. O. V., AYRES, A., GALLEA, C., OCAMPO, G. X., RUDE, J.,
VENTURA, S., 2003. AUV X Deep Towed Systems: a Comparison of Survey Systems. In Eighth
International Congress of The Brazilian Geophysical Society, Rio de Janeiro. SBGf, 3p.
MOORE, R., USHER, N., EVANS, T., 2007. Integrated multidisciplinary assessment and mitigation
of West Nile Delta geohazards. Proceedings of the 6th International Conference Offshore Site
Investigation and Geotechnics. London, UK, 11-13 de setembro. 33-42.
MULDER, T., COCHONAT, P., 1996. Classification of offshore mass movements. Journal of
Sedimentary Research, v. 66, n.1, 43-57.
PETROBRAS,2007. Estudo de Geohazard, Bloco XXX. Relatório reservado do E&P-SERV/US-
SUB/GM.
PETROBRAS,2010. Caracterização geológica e geotécnica para operações de ancoragem.
Relatório reservado do E&P-SERV/US-SUB/GM.
PEUCHEN, L.J., RAAP, C., 2007. Logging, sampling and testing for offshore geohazards, Paper
OTC 18664, Offshore Technology Conference.
PILCHER, R., ARGENT, J. 2007 - Mega-pockmarks and linear pockmarks trains on the West
African continental margim. Marine Geology, (2007): 10.1016
ROWAN, M., 2000. Modern Salt Tectonics. Petroleum Technology Transfer Council Workshop,
Mississippi. PTTC
SCHOCK, S. G., LE BLANC, L. R., MAYER, L. A., 1989. Chirp subbottom profiler for quantitative
sediment analysis. Geophysics. 54:445-450.
SILVA, B. A., 2005. Análise de Estabilidade de Taludes ao Longo da Rota de um Duto Submarino
na Bacia de Campos, RJ. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil). Instituto de Engenharia
Civil. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
SKINNER, B. J., TUREKIAN, K. K., 1973. O Homem e o Oceano. Tradução de Kenitiro Suguio,
1996. Editora Edgar Blucher Ltda., São Paulo 173p.
THOMAS, J. E., 2001. Fundamentos de engenharia do petróleo, 2ºed. Interciências: PETROBRAS
2004., Rio de Janeiro 271p.
49
TUREKIAN, K. K., 1976. Oceanos. Tradução de C. A. L. Isotta, R. Yoshida, A. Bartorelli, 1996.
Editora Edgar Blucher Ltda., São Paulo 151p.
VICALVI, M.A., 1999. Zoneamento bioestratigráfico e paleoclimático do Quaternário superior do
talude da bacia de Campos e platô de São Paulo adjacente, com base em foraminíferos
planctônicos. Tese (Doutor em Ciências) - Programa de Pós-Graduação em Geologia,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
VILARDO, C., 2006. Os impactos ambientais da pesquisa sísmica marítima. Projeto final de curso
(Programa de formação profissional em Ciências Ambientais), UFRJ, Rio de Janeiro.
