Processos e forças de enchimento por gás em arenito compacto na Formação Shihezi (P2x1) do Campo de Gás Dongsheng, norte da Bacia de Ordos, China

Por que esta história subterrânea importa

Longe abaixo das pastagens do centro-norte da China, um enorme depósito de gás natural está aprisionado em rochas que mal permitem a passagem de fluidos. Esses arenitos compactos contêm gás suficiente para abastecer cidades, mas só se entendermos como o gás entrou e onde acabou se acumulando. Este estudo disseca a história oculta do Campo de Gás Dongsheng na Bacia de Ordos e mostra como a pressão em profundidade atuou contra a resistência dos minúsculos poros da rocha para preencher algumas zonas com gás, enquanto deixou outras dominadas por água. O trabalho oferece uma nova forma de prever quais partes de um reservatório compacto têm potencial econômico e quais provavelmente decepcionarão.

Gás aprisionado em rochas compactas

O Campo de Gás Dongsheng é um dos principais recursos de gás em arenito compacto da China. Sua camada principal portadora de gás, parte da Formação Shihezi do Permiano Inferior, situa-se entre cerca de dois e quatro quilômetros de profundidade. O arenito aqui apresenta um espaço poral médio de apenas 8,6% e uma capacidade extremamente baixa de transmitir fluidos, o que significa que o gás não fluirá livremente sem intervenção tecnológica. Ao examinar mais de duas mil amostras de testemunho, os pesquisadores mostram que a maior parte desta formação atualmente se qualifica como arenito compacto, especialmente ao sul de uma falha importante chamada Falha Poerjianghaizi. Apenas na zona setentrional, mais rasa, a rocha preserva uma porosidade e uma capacidade de fluxo um pouco melhores.

Como a rocha se tornou mais compacta ao longo do tempo

Para compreender por que a rocha é tão compacta, a equipe reconstruiu a história de soterramento e aquecimento da bacia. Eles descobriram que, à medida que sedimentos se acumularam por centenas de milhões de anos, os grãos de areia na camada Shihezi foram apertados uns contra os outros, enquanto processos químicos causaram crescimento de quartzo e minerais argilosos que soldaram os grãos em uma estrutura rígida. Imagens de lâminas delgadas revelam grãos pressionados entre si com contatos curvos e a maior parte do espaço aberto convertida em pequenos poros secundários ou parcialmente preenchida por betume sólido. Modelagens mostram que a porosidade original, de aproximadamente um terço do volume da rocha, encolheu para menos de 10% em muitas zonas antes da ocorrência do influxo gasoso mais importante.

Três ondas de preenchimento por gás

Os pesquisadores então recorreram a pequenas bolhas cheias de fluido aprisionadas em minerais—inclusões fluidas—para datar quando óleo e gás entraram no reservatório. Combinadas com modelos computacionais de como as rochas geradoras foram soterradas, aquecidas e geraram hidrocarbonetos, essas inclusões revelam três episódios distintos de enchimento. Uma fase inicial, de cerca de 230 a 180 milhões de anos atrás, trouxe óleo e gás quando as camadas ricas em matéria orgânica (carvão) abaixo começaram a se degradar. Duas fases posteriores, de 180 a 120 milhões e de 120 a 80 milhões de anos atrás, foram dominadas apenas por gás, à medida que as rochas geradoras atingiram maior maturidade. A última dessas pulsações gasosas coincidiu com o pico de geração de gás e revelou-se o período-chave para a construção da grande acumulação gasosa observada hoje.

Pressão versus resistência dos poros

Uma contribuição central do estudo é uma maneira simples, porém poderosa, de descrever o que impulsiona o gás a penetrar em rochas tão resistentes. Os autores definem uma “força líquida” como a diferença entre a pressão de excesso nas rochas geradoras de gás e a resistência capilar dos poros do arenito compacto a uma saturação de gás representativa. Usando modelos da bacia, eles acompanharam como o sobrepressão nas camadas de carvão profundas se acumulou durante a fase de pico de geração de gás. Em paralelo, simulações de rocha digital—baseadas em varreduras tridimensionais de amostras reais—mostram quanta pressão é necessária para que o gás inicialmente invada poros preenchidos por água, em seguida os encha rapidamente e, finalmente, alcance uma saturação quase estável. Dessas simulações, extraíram a pressão necessária para atingir 50% de saturação de gás, tratando-a como uma medida da resistência.

Prevendo onde o gás se acumula

Ao comparar a pressão motriz modelada com a resistência simulada, a equipe calculou valores de força líquida ao longo de diferentes poços e zonas. Eles identificaram três regimes que se alinham estreitamente com testes reais de poços. Onde a força líquida era baixa e ainda estava na fase de rompimento, os poços tendiam a ser secos ou a conter apenas pequenas quantidades de gás. Onde ela aumentou para a faixa de enchimento rápido e excedeu o limiar de resistência capilar, os poços produziram camadas de gás comerciais. Entre esses extremos situaram-se intervalos marginais portadores de gás. A análise também mostra que, no momento da pulsação gasosa mais importante, grande parte do reservatório ao sul da Falha Poerjianghaizi já estava bastante compactada, dificultando a entrada de gás, enquanto a zona norte permaneceu ligeiramente mais aberta ao enchimento.

O que isso significa para a exploração futura de gás

Para não-especialistas, a mensagem-chave é que o tamanho de um recurso de gás em arenito compacto não é controlado apenas pela quantidade de matéria orgânica que a bacia já teve. Também depende de uma disputa entre a pressão que empurra o gás para fora das rochas geradoras e a estrutura em pequena escala dos arenitos vizinhos que resiste à entrada. Este estudo mostra que, ao reconstruir essa disputa ao longo do tempo e expressá-la como uma força líquida, os geólogos podem prever melhor quais zonas compactas provavelmente serão ricas em gás e quais não serão. Esse entendimento pode orientar perfurações para as partes mais promissoras do Campo de Gás Dongsheng e de reservatórios profundos compactos semelhantes no mundo, melhorando a eficiência e reduzindo poços desnecessários.

Citação: Cao, Q., He, F., Zhang, W. et al. Process and forces of tight-sandstone gas charging in the Shihezi formation (P₂x¹) Dongsheng gas field, northern Ordos Basin China. Sci Rep 16, 11818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39614-0

Palavras-chave: gás em arenito compacto, Bacia de Ordos, histórico de enchimento por gás, pressão do reservatório, forças capilares