Olje og gass finnes gjemt i visse typer av stein - bergarter - i jordskorpen. For å vite hvor man skal lete etter oljen, må man først vite noe om hvor man kan finne de rette bergartene. Det vet geologene og geofysikerene.
Denne beskrivelsen av geologenes og geofysikerenes jakt etter de riktige bergartene er skrevet av Dag Bergslien.
Introduksjon |
Fem hovedbegreper til forståelsen av temaet introduseres her: Reservoar, kilde, migrasjon, tekbergart og felle. |
Illustrasjonen viser hvordan bergartene ligger i lag i berggrunnen. De sorte prikkene er olje som vandrer (migrerer) oppover gjennom lagene til de evt. blir stanset av en takbergart i en felle. Den skrå linjen viser en sprekkdannelse som har ført til en forskyvning i lagene. Lagene med likt navn og farge på hver side av sprekken var opprinnelig det samme avsetningslaget. (Se hele illustrasjonen somvideofilm)
|
En bergart som har rikelig med små hulrom (porøsitet) og lett vei for gjennomstrømning (permeabilitet) kaller vi
reservoarbergart. Bergarter som inneholder tilstrekkelig mengde organisk materiale til å avgi olje og gass kalles
kildebergart. Etter at olje og gass (hydrokarboner) er dannet vil disse bevege seg mot overflaten gjennom reservoarbergarter siden de er lettere enn vann som ellers finnes i pore rommene. Vi kaller dette
migrasjon. Bergarter som er tilnærmet ugjennomtrengelige kalles
takbergarter (forseglings- eller kappebergart). En
felle dannes når takbergarten omslutter en reservoarbergart på en slik måte at det oppstår et område der reservoarbergart er avgrenset både oppover og sidelengs (omvendt skålform) som gjør det umulig for olje og gass å unnslippe.
Geologer og geofysikere arbeider først og fremst med brønndata og tolkning av seismikk for å kartlegge de øverste lag av jordskorpen (5-6 km) for å finne områder der det kan være gass- eller oljefelt. Når sannsynligheten for å finne økonomisk interessante ansamlinger av hydrokarboner (olje og gass) er stor nok, blir det boret brønner for å teste de mulige feller (prospekter).
I de beste reservoarene er det like mye plass til olje og gass mellom sandkornene som det er plass til vann mellom potetene i en potetgryte.
|
Reservoar
Mellom kornene i sedimentære bergarter (
avsetningebergarter) finnes små hulrom som kalles porerom. Noen sedimentlag som f.eks. sandstein har relativt stor mengde porerom. Vi kaller slike sedimentlag reservoarbergarter fordi de har evnen til å lagre væsker eller gasser mellom sedimentkornene.
I Nordsjøen finner vi de beste sandsteinsreservoarene i lag av Midt Jurassisk til Trias alder (160-200 millioner år siden) og i lag fra Paleocen til tidlig Eocen perioden som var for 65 til 50 millioner år siden. En annen viktig reservoarbergart finnes i Ekofiskområdet sør i Nordsjøen og er i en oppsprukket finkornig kalkbergart av kritt. Denne bergarten er avsatt geologiske perioden Kritt, som var for 65 -70 millioner år siden, og er vanligvis ikke et reservoar da de små porerom ikke henger sammen. I Ekofisk området har det vært folding av lagene og den harde krittbergarten er gjennomsatt av store og små sprekker som holdes åpne av trykket. Disse sprekkene gir både ekstra porøsitet og effektive strømningsveier for oljen i reservoaret.
I de beste reservoarene av sandstein er opp til 1/3 av bergartsvolumet porøsitet. Porerommet er da omtrent like stort som rommet mellom potetene som fylles med vann under potetkoking (Se bildet). Ved økt overleiring avtar porevolumet ved at sedimentkornene kittes tettere sammen i en prosess som kalles kompaksjon. Samtidig som bergarten begraves dypere foregår også kjemisk utfelling (sementering) som ytterligere reduserer porerommet. For å ha et godt reservoar er det viktig med god porøsitet, men likeså viktig er det at hydrokarboner og vann kan bevege seg lett gjennom bergarten. Gjennomstrømnings egenskapen kalles permeabilitet og bestemmes oftest av de trangeste passasjene mellom sediment kornene, porehalsene.
Illustrasjonen viser hvordan ulike avsetningsbergarter har ulike sammensetninger og egenskaper ettersom hvor de har blitt avsatt. En typisk reservoarbergart av sandstein finner man f.eks. der det en gang har vært store elvedeltaer. Hav- og sjøbunn gir avsetning av leire, som kan bli en god takbergart.
Noen sedimentlag er rike på organisk materiale og vil ved overlagring etterhvert avgi olje og gass. Slike sedimentlag kalles kildebergarter og er oftest mørk grå til svarte finkornige leirsteinslag.Kilde
I en kildebergart er det rester av organisk materiale (planter og dyr) blandet med leire. Dersom denne blandingen har blitt dekket til slik at plante- og dyrerestene har fått råtne uten tilgang på oksygen, og under rett trykk og temperatur, har det blitt dannet olje eller gass i bergarten. (Se under om
modning)
I Nordsjøen finnes det flere kildebergarter men "Kimmeridge Clay" av øvre Jura alder (ca. 140 millioner år gammel) er den viktigste. De fleste olje- og gassfelt i Nordsjøen inneholder hydrokarboner dannet fra denne kildebergarten.
En kildebergart dannes ved at organiske rester fra planter og dyr anrikes i sedimentlag som følge av høy organisk produksjon eller ved sortering gjennom de sedimetære prosesser. Dersom slike lag avsettes i avsnørte områder med lite tilgang på oksygen (reduserende forhold) og så overleires uten særlig tilgang på oksygen dannes en kildebergart ved at råteprosessen blir ufullstendig. Torvmyrer er moderne eksempler på små basseng som kunne bli fremtidige kildebergarter for gass.
Algerester og rester fra døde sjødyr gir de beste kildebergartene for olje, mens planterester produserer gass. Kildebergartene ligger oftest dypere enn oljefeltene.
Modning og migrasjon - "Oljevinduet"
For at kildebergarten skal avgi hydrokarboner må den tilføres energi i form av varme over tid. I naturen foregår dette over millioner av år og temperaturen sedimentet blir utsatt for øker med økende overlagring (dvs. at laget over tid blir dekket til med nye avsetningslag). Vi sier at kilden er umoden før den starter å avgi olje og/eller gass. En kildebergart avgir først tung olje (store væskemolekyler). Med økende tilførsel av energi (temperatur) dannes mindre molekyler - lettere oljer.
Illustrasjonen fra Oljeutstillingen viser en skisse over "oljevinduet" på Balderfeltet. Jo lenger ned i grunnen man kommer jo mer stiger trykk og temperatur.
|
"Oljevinduet" i et sedimentbasseng er det dybdeintervallet hvor temperaturen er høy nok til at kildebergarten avgir olje. Etterhvert som kildebergarten begraves dypere dannes økende mengder av de mindre gassmolekylene og den glir gradvis over i gassvinduet.
Hvilken type og mengde organisk materiale kildebergarten inneholder er også avgjørende for mengdeforholdet mellom olje og gass dannet og total mengde hydrokarboner som kan dannes fra kilden. Generelt kan vi si at planterester gir stort sett bare gass mens de beste oljekilder er leirstein som inneholder mye algerester.
Dersom kildebergarten gis nok tid og begraves dypt nok vil den avgi de hydrokarboner den kan, og vi sier den er overmoden. I Nordsjøen er "oljevinduet" mellom 3,5 - 4,5 km under havets overflate.
Olje og gass som er frigitt fra kildebergarter vil migrere oppover mot overflaten gjennom sprekker og porøse lag (reservoarbergarter) siden egenvekten er mindre enn vannet som ellers finnes i undergrunnen.
Omvandlingen som skjer i en kildebergart når olje og gass dannes kan på en måte sammenlignes med å bake brød. Når brødformen settes i ovnen er det deig i den, - "umodent" brød. Etterhvert som varme tilføres sveller deigen opp og den omvandles til et "modent" brød - oljevinduet. Dersom det stekes for lenge svir vi skorpen og røyk utvikles - gass vinduet. Stekes brødet videre brenner som til slutt og forkulles - brødet er nå i"overmodent-vindu".
Takbergart
En tett bergart som stenger for gassbobler (molekyler) og oljedråper (molekyler) som stiger oppover i undergrunnen kaller vi en kappe- eller takbergart. En takbergart vil altså hindre olje- og gassmolekyler i sin ferd oppover mot overflaten. Når oljedråpene treffer en takbergart vil de begynne å vandre langs undersiden av disse til de fanges i en felle eller unnslipper til overflaten via sprekker eller porøse lag.
Lag av leirstein danner vanligvis gode takbergarter, men også saltlag og tette kalksteislag opptrer som takbergarter i Nordsjøen og ellers i verden. Noen takbergarter er bare delvis tette og kan for eksempel slippe igjennom de små gassmolekyler mens de større oljemolekyler holdes tilbake.
Felle
For at det skal dannes et olje eller gass felt i undergrunnen må takbergart være avsatt over reservoarlaget og stenge for hydrokarbonenes vandring både oppover og sidelengs i alle retninger. Dette kan oppnås ved at et reservoarlag ved avsetning omsluttes helt eller delvis av en takbergart eller ved at forskyvninger i grunnen bukler og forskyver lagene i forhold til hverandre etter overleiring.
Bevegelser i jordskorpa sørger for at lagene i berggrunnen blir forskjkøvet og bølger seg.
Dette er en forutsetning for at en takbergart kan omslutte en resevrvoarbergart slik at det blir dannet en felle.
Tidsfaktoren
Faktorenes rekkefølge er ikke likegyldig i oljegeologi. Det er viktig at "byggeklossene" i en felle kommer på plass i riktig rekkefølge. Reservoaret må avsettes før takbergarten. Feller må være på plass før olje og gass migrerer, hvis ikke - passerer hydrokarbonene uhindret videre mot overflaten. Det er mange kombinasjoner av hendelser som kan gi opphav til et oljefelt, men den ideelle rekkefølge av begivenheter er:
- Kildebergart avsettes
- Reservoar avsettes
- Takbergart avsettes over reservoarbergarten
- Fellen oppstår enten som følge av avsetningsgeometri eller ved forskyvninger i jordskorpen.
- Kildebergarten kommer inn i modningsvinduet og hydrokarboner migrerer inn i fellen.
Ofte inntreffer ikke hendelsene i riktig rekkefølge med resultat at olje og gass unnslipper. Men det hender også at sene forskyvninger i jordskorpen fører til at feller som er fylt tappes ned helt eller delvis. Dette er det blant annet eksempler på i Barentshavet regionen der det er funnet feller på størrelse med Statfjordfeltet som har lekket og i dag bare inneholder rester av olje.
Geologiske data. Kjerneprøver og logging
En geolog er ekspert på hvordan jorda har utviklet seg og hvordan jordskorpa er sammensatt. Geologene spiller en avgjørende rolle i jakten på oljen: De avgjør hvor det er sannsynlig å finne olje eller gass, og anbefaler hvor oljeselskapene skal begynne å bore.
En geolog på feltarbeid. Over bakken mange steder i verden finnes det geologiske strukturer som det er nyttig å studere fordi de ligner dem som er under havbunnen i Nordsjøen.
| Geologen vil i hovedsak arbeide med data og prøver fra borehull. I en tidlig letefase når det ikke finnes eller bare er få spredte brønner brukes feltstudier. Med dette menes at sedimentære bergarter som tilsvarer eller ligner dem en finner i bassenget undersøkes og kartlegges der de er eksponert på land. Eksempler på dette er at Jura bergarter tilsvarende dem en finner i Nordsjøen kan studeres langs Yorkshire kysten i England mens store deler av Barentshavets lagrekke er eksponert på Spitsbergen og Bjørnøya. |
Kjerneborekrone vist i oljeutstillingen. Den virker omtrent som en eplekjernefjerner som vi kjenner fra kjøkkenet. Vi kan se en sylindrisk prøve av berggrunnen presset opp i røret over kronen.
|
Sikrere observasjoner gjøres ved å bore opp kjerneprøver. Da borer man seg ned i grunnen med et kjernebor, og får opp lange "stenger" med prøver som viser de ulike lagene nedover i grunnen. I tillegg kan det gjøres målinger nede i hullene.
Originale kjerneboreprøver vist i utstillingen. Øverst snadstein og nederst en prøve fra et typisk skiferlag.
Data fra borehull kan deles i to hovedkategorier, bergartsprøver og logger.
- Bergartsprøver omfatter borkaks, sideveggskjerner og kjerneprøver. Bergartsprøvene brukes til å undersøke alder, kilde-, reservoar og takbergarter og avsetninsmiljø slik at for eksempel reservoar geometrier kan beskrives. Porøsitet og permeabilitet måles på plugger fra kjerner.
- Logger innhentes mens en borer (LWD = Logging While Drilling) blant annet gjennom måling av borehastighet, boreslammets tetthet og gassinnhold . Etter at en seksjon er boret trekkes bor og borestreng ut og en senker sonder ned i borehullet ved hjelp av en wire med en elektrisk kabel inni. Sondene inneholder forskjellige instrumenter som registrerer bergartens fysiske egenskaper. Noen av de viktigste logge instrumentene er:
- Gamma logg som registrerer den naturlige gammastrålingen fra bergartene. Denne loggen skiller vanligvis godt mellom sandstein, kalkstein og skifer.
- Resistivitetslogg som måler bergartens evne til å lede strøm. Denne loggen forteller om bergartens porer inneholder olje, gass eller vann.
- Sonisk logg måler hastigheten lyden beveger seg gjennom bergarten. Dette gir informasjon om porøsitet siden lyden går saktere i en bergart med mye porer i forhold til en tett bergart. Dette logge verktøyet kalles også ofte akustisk logg.
- Tetthetslogg registrerer bergartens tetthet.
- Caliper logg måler borehullets diameter.
Testing utføres oftest når logger og eventuelt kjerner viser at det er olje eller gass i større mengder i dypet under havbunnen. Produksjonstest foregår ved at oljen eller gassen får strømme kontrollert til overflaten. Ved produksjonstest måles trykket i reservoaret, hvor lett det strømmer og gjennom prøver analyseres oljen og gassens sammensetning og egenskaper. Ved produksjonstest sendes vanligvis oljen og gassen i rør ul av en flammebom der den forbrennes
|
Seismikk-skip: Bak skipet henger ca. 3 km. kabler med hydrofoner ("undervannsmikrofoner") som plukker opp igjen de lydbølgene som fyres ned i grunnen fra luftkanonen som henger tett bak skipet. Ved å måle tiden det tar fra kanonen avfyres til hydrofonen registrerer "ekkoet" kan man beregne sammensetningen av berggrunnen under, og lage et seismisk kart. Ved hjelp av kraftige datamaskiner lages det nå også som regel 3D-kart slik bildet til høyre viser. (Bilder fra utstillingen) |  |
Geofysiske data
Geofysikeren arbeider mest med data innhentet ved refleksjonsseismikk. Seismiske linjer innhentes ved at lydbølger fra en luftkanon brer seg nedigjennom sediment lagene og reflekteres opp til geofoner ved overflaten.
Kraftige datamaskiner behandler de registrerte lydsignaler og spiller dem ut i vertikale profiler - seismiske linjer. Det skytes et nettverk av seismiske linjer, og når avstanden mellom linjene er lik avstanden mellom skuddpunktene får vi det vi kaller 3-Dimmensjonal seismikk (3D). Tidligere ble de seismiske profiler spilt ut på papir og refleksjonsflater tolket med fargeblyanter. I dag brukes digital tolkning i seismiske arbeidsstasjoner og avstanden mellom linjene er ofte ikke mer enn 25 meter (3D seismikk). Det er utviklet en rekke avanserte dataprogrammer som gir geofysikeren forskjellige dataverktøy å bruke i sin kartlegging. De seismiske signalene knyttes til loggekurvene fra brønner ved hjelp av den Soniske loggen (lydhastighetsloggen).
I tidlig letefase brukes ofte gravimetriske og magnetiske målinger i tillegg til seismiske profiler som oftest er av regional karakter der det kan være flere hundre meter mellom linjene.
Seismikken gir i første rekke et bilde av geometrien til de forskjellige lagflater nedover under havbunnen. Geofysikeren lager topografiske kart av lagflatene.
Geologiske modeller og hypotesetesting
Geologer, geofysikere og reservoaringeniører samarbeider om å analysere og sammenstille brønn- og seismiske data for å forutsi hvor det finnes olje og gass i undergrunnen. Når en letemodell er etablert kartlegges de mulige ansamlinger av hydrokarboner. Hypotesene testes ved å bore lete- eller produksjonsbrønner når den økonomiske og tekniske risikoen ligger innenfor akseptable rammer.
I tidlig letefase er det vanligvis langt mellom brønnene og oftest er det bare et løst nettverk av seismiske linjer tilgjengelig (2D seismikk). I tillegg viser vanligvis gravimetriske og magnetiske kart utbredelsen av sedimentasjons-basengene. Letemodellene i denne fasen inneholder mye gjetning og usikkerhet. Etterhvert som flere brønner blir boret og mer seismikk skutt, blir datamengden tettere, avstandene det interpoleres over kortere og usikkerheten mindre.
Ved hjelp av 3D seismikk og brønndata utvikles i dag geologiske datamodeller i tre dimensjoner for de fleste oljefelt, ja i noen tilfeller faktisk før fellen er testet ved boring. I en slik geologisk modell av undergrunnen beskrives reservoar og takbergarters utbredelse i tre dimensjoner ved hjelp av moderne data verktøy. Den geometriske sammenhengen mellom de forskjellige segmenter av et oljereservoar kan ofte analyseres i detalj. Reservoar ingeniørene bruker disse geologiske
3D-modeller til å simulere hvordan hydrokarbonene vil strømme mot planlagte produksjonsbrønner. Denne type modelleringsverktøy brukes til å finne den beste plassering av brønner og beregne produserbare volumer som ledd i økonomiske analyser.
Hentet fra
http://tekniskmuseum.no/gamlewebben/no/utstillingene/Jakten_oljen/geologi.htm
