Primjena geologije u istraživanju i eksploataciji nafte

Naftna geologija (geologija fluida)

nafta + ugljen = KAUSTOBIOLITI (gorljive stijene) fosilna goriva - ne mogu se direktno koristiti - ”šibica”!

sagorijevanjem nafte i ugljena oslobađa se toplinska (oksidiranje - spajanje C s O2), kemijske reakcije - nosioci kemijske energije! i svjetlosne energije

korist: dobivanje različitih goriva - jednostavni procesi (od dobivanja goriva iz ugljena)

nafta - smanjila udaljenost na Zemlji!

nafta - u ležištima, vezana uz vodu - dolazi do miješanja u zadnjim fazama eksploatacije - do 90% vode (neeksploatabilna ležišta)

nafta, ugljen i zemni plin - neobnovljivi izvori energije!

GEOLOGIJA NAFTE

nafta - pod zemljom - povišena temperatura - drugačiji uvjeti od površinskih - nafta i plin se drugačije ponašaju!

- koristi se znanjima drugih znanosti: fizike, geofizike, termodinamike, mehanike fluida

koriste se znanja iz geoloških disciplina:

stratigrafija, paleontologija, dubinska geologija, geomorfologija, mineralogija, sedimentologija, petrologija, geokemija i dr.

Ugljikovodici!

tipovi ugljikovodika: kruti, tekući, plinoviti - kompleksan sastav

Bitumeni! - plinoviti, tekući i čvrsti ugljikovodici / bitumeni

plinoviti bitumeni - zemni plinovi koji prate naftu

tekući bitumeni - nafta i razne zemne smole

čvrsti bitumeni - asfalti i ozokeriti

POSTANAK NAFTE

prema Engleru - nafta nastaje od organske tvari - različiti organski ostaci, masti, CH - u prvobitnoj promjeni nastaje sapropel

organska teorija - od masti i ulja životinja koje žive u moru (biljni

organizmi imaju sporednu ulogu?! za nastanak masti), voskova i smola - proces sapropelizacije - matični materijal je sapropel (izvor postanka CH u morskoj ili brakičnoj sredini)

postoje i teorije o neorganskom porijeklu - u laboratorijskim uvjetima; nafta pronađena u eruptivima i metamorfnim stijenama te u području vulkanske aktivnosti

UGLJIKOVODICI - NAFTA I PLIN

NAFTA

MATIČNE STIJENE - stijene u kojima nastaje naftakemijski element ugljik - kombinacija s vodikom - ugljikovodici

KRUŽENJE UGLJIKA U PRIRODI- započinje fotosintezom - kopnene i vodene biljke pretvaraju CO2 iz zraka i vode u organske spojeve koristeći energiju svjetlosti Sunca- CO2 djelomice se vraća u atmosferu, odnosno hidrosferu na više načina; najvažniji su:

- vulkanske erupcije- disanje životinja i biljaka- bakterijska razgradnja i oksidacija uginulih organizama- izgaranje fosilnih goriva u prirodi i izgaranje potaknuto ljudskom aktivnošću

važnost kruženja ugljika u naftnoj geologiji:

- određene manje količine ugljika ispadaju iz kruženja kao posljedica odlaganja u okolišima u kojima je oksidacija CO2 otežana ili nemoguća

- okoliši siromašni kisikom - zatvoreni ili izolirani dijelovi mora, duboka jezera, močvare

- udio organskih tvari očuvanih u sedimentima u odnosu na cjelokupnu produkciju je mali (< 1%) geološko vrijeme znatne količine!

- nafta - porijeklo iz ugljika (C) iz organskih spojeva koji je ispao iz kruženja (dio se tijekom upotrebe nafte - izgaranjem derivata, vraća u proces)

Glavne okolnosti kruženja ugljika u prirodi. Brojevi označuju količine u milijardama m3 - u zgradama uskladištene količine, a bez zagrada količine koje nastavljaju kruženje (WAPLES, 1981);preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

proizvodnja organske tvari:

- na kopnu: biljke nizinskih priobalnih ravnica, u slatkovodnim jezerima - alge

- morski ekosustavi - najvažniji fitoplankton (dijatomeje, dinoflagelate, cijanobakterije i nanoplankton) - daje 90% organske tvari

- za postanak biomase važni su i zooplankton, bentos, bakterije (u Crnom moru nadmašuju godišnju produkciju fitoplanktona) i ribe

POSTANAK

nafta - ugljikovodici (CH) - nastaje u 3 karakteristična procesa:

1) dijageneza - 50-60 0C

2) katageneza - 60-175 0C (200 0C) - stvaranje

najveće količine nafte!

3) metageneza - >200 0C

Opća shema nastajanja nafte i plina u odnosu na termalnu zrelost matičnih stijena (WAPLES, 1981); preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

1) dijageneza

stvaraju se geokemijski fosili - biomarkeri - upućuju na izvorni materijal, mali udjel u nafti

niska temperatura, male dubine kemijske i biološke reakcije - bakterije mikrobiološka aktivnost - metan (biogeni metan)

- najveća masa organske tvari pretvara se u različite vrlo duge i velike molekule - najveće i najkompleksnije su KEROGEN - iz njega nastaje nafta i većina prirodnog plina; temeljni čimbenik za postanak bitumena

2) katageneza

stvaranje CH fluidamatične stijene za postanak nafte - na oko 2.000 - 3.000 m dubineu Hrvatskoj matične stijene za naftu - miocenske starosti (do ponta)

porast dubine zalijeganja, temperature i tlakova termalna izmjena i degradacija organske tvari kerogen se raspada na manje molekule - nastaje bitumen - neposredna

ishodišna tvar za naftu nastaje glavna masa ugkjikovodika - nafta i plin

3.) metageneza

kao metamorfoza kod “anorganskih” stijenadegradacija prije stvorenih CH, ne stvara se nafta, već plinovi

velike dubine i visoke temperature kerogen dobiva uređeniju strukturu; stvaraju se produkti koji se sastoje od

malih molekula plina

oblikovane molekule nafte (bitumena) i plina - mogu biti “istjerane” tj. istisnute iz matičnih stijena u mnogo propusnije - rezervoarske ili kolektorske ili ležišne stijene MIGRACIJA

ako ugljikovodici dospiju u zamku - nastaje ležište ili akumulacija

Shema procesa pretvorbe organske tvari u sedimentima (WAPLES, 1985)preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

FACIJESI NAKUPLJANJA NAFTE

- za postanak sedimenata bogatih organskim tvarima važno je očuvanje organske tvari tijekom dijageneze

tri primarna faktora koja utječu na očuvanje organske tvari:

1. količina nastale organske tvari - produkcija2. stupanj očuvanja organske tvari - prezervacija

- ovisi o koncentraciji i prirodi oksidacijskih agensa, vrsti istaložene organske tvari, odnosu brzine sedimentacije i količine sedimenata

3. stupanj raspršenosti ili koncentracije organske tvari

Razgradnja organske tvari u anoksičnim i u oksičnim uvjetima (DEMAISON & MOORE, 1980);preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

1. USTAJALI BAZENI- vrlo rijetki (spora cirkulacija, premještanje i turbulencija vode), jezerske naslage

Shema zoniranja vode prema gustoći u ustajalim bazenima (WAPLES, 1985);preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

2. SLOJEVI VODE S VRLO MALO KISIKA- sadrže nisku koncentraciju otopljenog kisika u usporedbi sa slojevima vode iznad i ispod

Shema sloja s minimumom kisika (OML) u odnosu prema vodenoj (morskoj) površini i površini dodira vode i sedimenta. Naslage gdje OML sječe površinu sedimenata bit će siromašnije kisikom. Ako je OML jače razvijen, naslage će biti anoksične (WAPLES, 1985);preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

3. OKOLIŠI S OGRANIČENIM STRUJANJEM- česti okoliši

Shema bazena s plitkim pragom. Zoniranje vode prema gustoći javlja se u dubinama većim od 200 m (WAPLES, 1985);preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

Shema bazena s duboko smještenim pragom koji presijeca sloj vode s malo kisika. Horizontalno kretanje vode s malo kisika iznad praga održava dno bazena, odnosno taložine anoksičnim (WAPLES, 1985);preuzeto iz: Velić, J., Geologija ležišta nafte i plina, 2007.

SASTAV NAFTE - teško ustanoviti, podaci uglavnom o grupnom sastavu - klasifikacija:

parafinske naftenske aromatske

nekoliko grupa fizičkih svojstava nafte (mehanička, optička, električne osobine, miris...) - važno pri istraživanju nafte (pri pronalaženju, dubini pronalaženja i proučavanju ležišta)

PLINOVI - PLINOVITI BITUMENI

prirodni - svi koje susrećemo u prirodi - sadrže kemijske gorive tvari, tj. organski plinovi (bitumenski)

različiti i brojni vezani za ležišta ugljena, naftna ležišta; plinska

ležišta biogeni (prirodni) plinovi vezani za naftna ležišta -

bitumeni tj. kaustobioliti u plinovitom stanju - najveće gospodarsko značenje!

bitna su kemijska i fizička svojstva plinova

izdanak plina - uočava se u vodi - mjehurići, po anaerobnim bakterijama vezanim za ugljikovodike

sjev. Hrvatska - Novska - istražna bušenja 1940-tih

najveća plinska polja - npr. Molve, Okoli

KRUTI BITUMENI prirodni ugljikovodici topivi u anorganskim otapalima

asfalti - zemna smola, vosak crne boje, sjajni, neprozirni nastaju od nafte s asfaltnom bazom - nezasićeni ugljikohidrati, mogu

sadržavati dosta S (sumpora) degradirane, visoko oksidirane nafte s asfaltnom bazom upotreba u cestogradnji

Hrvatska - Dinaridi - dolina Zrmanje, Promina, Drniš, Vrgorac (eksploatirano), Šolta, kod Trogira, Brač

asfaltit i pirobitumeni asfaltiti - slični asfaltu, visoke čvrstoće, derivati nafte nastali daljom oksidacijom i

polimerizacijom asfalta pirobitumeni - fosilne organske tvari čine smjesu s glinenim i vapnenačkim tvarima

Hrvatska - Bujavica, Gojilo blizu Mramor brda

ozokeriti - produkt nafta bogatih metanom

keriti - metamorfozirani asfalti

antraksoliti - najviše metamorfozirani (odgovaraju antracitima i grafitima)

MIGRACIJA, AKUMULACIJA UGLIKOVODIKA

- najvrednija ležišta nafte i plina - u poroznim, propusnim stijenama (konglomerati, breče, pješčenjaci, raspucani vapnenci i dolomiti)

- nastajanje većih količina ugljikovodika i njihovo kretanje (migracija):

nakon prve faze kompakcije i u drugoj fazi daljnjeg zbijanja voda potiskuje naftu

drugi faktori migracije: povećanje temperature povećanje poroznog volumena (tektonika, otapanje, karstifikacija) važno - najmlađi tektonski pokreti - neotektonika - uvjetovali definitivan

smještaj ugljikovodika u raznim zamkama

GEOLOGIJA I GEOLOZI U ISTRAŽIVANJU NAFTE I PLINA

1) rad geologa prije izrade prve dubinske istražne bušotine

geološka istraživanja - geološko kartiranje (uključujući naftno-geološke pojave), detaljna profiliranja, mjerenja debljine, utvrđivanje facijesa, izrada geoloških stupova i sl.

u geologiji nafte razlikujemo: matične stijene (sapropelne i dr.) kolektorske stijene (rezervoar stijene - pješčenjaci raspucani vapnenci i

dolomiti i dr.)

- važne za akumuliranje i pridobivanje zaštitne stijene (izolatorske stijene - gline, lapori, "gusti" vapnenci)

geofizička ispitivanja pojedinim metodama plitka istražna bušenja - do 500 m

T E R M I N I u naftnoj geologiji:

stijene koje mogu sadržavati CH - naftonosnici

matične stijene - istaložile su se zajedno s ostacima živih organizama u vodenim bazenima od kojih je stvorena nafta

kolektorske, rezervoarske stijene - kompleks s povezanim sistemom pora, šupljina koje omogućuju migraciju fluida i njihovo nakupljanje

važne osobine: šupljikavost poroznost, stupanj zasićenosti fluidom a) slojni b) masivni c) zonarni

zaštitne stijene - ograničavaju naftonosnike (gline, lapori, kompaktni vapnenci i dolomiti, evaporiti)

crteži!

trap - lovka, zamka, stupica - zatvoreni prostor, barijera nafti na putu njihove migracije; oblikuju se na temelju tektonskih struktura, promjenom litološkog sastava ili cementacije, diskordancije ili kombinacijom navedenog

ležište - trap nije ležište ako nema fluida u tom zatvorenom prostoru

- jedinica samostalnog nakupljanja nafte i plina; svako elementarno, pojedinačno samostalno nakupljanje nafte i plina u Zemljinoj kori

ima određenu temperaturu i pritisak tj. jedinstvena hidraulička svojstva

polje - kartografska projekcija ležišta (predstavlja se kartom) - nakupina CH predstavljena s jednim ili više ležišta u okviru odgovarajuće strukture - unutar polja može biti više tipova ležišta

zona - jedno ili više polja s istim ili sličnim strukturno-teksturnim i naftno-plinonosnim uvjetima

potolina ili sub-bazen - grabe, sinklinoriji (odvojene antiklinorijem, npr. Papuk, Psunj i Krndija dijele Savsku od Dravske potoline)

bazen ili provincija - “ogromna” depresija u Zemljinoj litosferi obilježena dugotrajnim tonjenjem te taloženjem debelih sedimenata; npr. tercijarni bazen, neogenski bazen

2) rad geologa za vrijeme izrade prve i narednih dubinskih istražnih bušotina ("pogonska geologija nafte")

praćenje i registriranje jezgara i materijala kojeg iznosi isplaka laboratorij pogonske geologije nafte - mineraloško-petrografske,

sedimentološke, paleontološke, kemijske i geokemijske, fizikalne analize

dijagrami geofizičkih mjerenja u bušotinama geofizička mjerenja važno je kada pozvati geofizičku ekipu! - mjerenje kada još nije

bušotina, tj. njezin kanal "zacijevljen", a bušaći aparat je izvađen

krivulja otpora i spontanog potencijala - prepoznavanje naslaga više bušotina - korelacija dijagrama

temperaturni dijagram

temperaturni dijagram

temperaturni dijagram

Krivulja spontanog potencijala i otpora

3) daljnji studijski rad geologa naftaša

raznovrsna koreliranja, dubinsko kartiranje lokalne i regionalne studije - sinteza

Bergan oil field

southwestern part of Iran