É a rocha com porosidade e permeabilidade adequadas à acumulação de petróleo, quando enquadradas por rochas impermeáveis, que impedem a migração, designadas por rochas de cobertura. Este conjunto reservatório-cobertura é designado por armadilha e é, geralmente, ocupado pelos aquíferos no seio dos quais se encontram o petróleo e o gás. No caso dos hidrocarbonetos serem compostos por gás e petróleo, o gás, menos denso, encontra-se por cima do petróleo, mais denso.
Os reservatórios são constituídos por rochas que apresentam vazios, poros e fissuras interligados e onde podem circular os hidrocarbonetos e a água. As suas características petrofísicas são o resultado de toda a história geológica daqueles sedimentos e em particular das condições de sedimentação e dos fenômenos de
diagênese. Se as camadas sedimentares que cobrem a rocha reservatório não forem impermeáveis, os hidrocarbonetos ascendem à superfície da crosta terrestre, oxidam-se e dispersam-se. Porém, este caso é pouco frequente. O mais frequente é existirem, no subsolo, uma sobreposição de camadas porosas e permeáveis e de camadas impermeáveis.
Sabendo que o movimento dos fluidos subterrâneos só é possível ao longo das camadas permeáveis, os hidrocarbonetos acumulam-se nas zonas "altas" das rochas porosas cobertas por rochas impermeáveis (rochas de cobertura). Neste caso, diz-se que estamos perante "armadilhas petrolíferas". Existem vários tipos de armadilhas.
Uma armadilha petrolífera é, geralmente, constituída por uma rocha porosa recoberta por uma rocha impermeável: a superfície que separa as duas rochas deve ter, no seu conjunto, uma forma convexa para a parte superior. Há outros tipos de armadilhas.
Sempre que uma armadilha fica, efetivamente, preenchida por hidrocarbonetos passa-se a chamar um
jazigo petrolífero ou jazida petrolífera.
A maior parte das reservas conhecidas encontra-se em arenitos e rochas carbonáticas, embora acumulações de petróleo também ocorram em folhelhos, conglomerados ou mesmo em rochas ígneas e metamórficas.
As rochas reservatório dividem-se em duas grandes famílias, os reservatórios detríticos, na sua grande maioria siliciosos (areias e grés), e os reservatórios carbonatados, calcários e dolomias.
Uma rocha-reservatório, de maneira geral, é composta por grãos ligados uns aos outros por um material, que recebe o nome de cimento. Também existe entre os grãos outro material muito fino chamado matriz. Normalmente existe comunicação entre os poros de uma rocha. Porém, devido à cimentação, alguns poros podem ficar totalmente isolados.
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