Transcript Primijenjena geol\.11

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 nafta
kemijski 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 fluida
matične stijene za postanak nafte - na oko 2.000 - 3.000 m dubine
u 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” stijena
degradacija 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 - produkcija
2. 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 naftnogeološke 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
temperaturni
dijagram
dijagram
Krivulja
spontanog potencijala i otpora

3) daljnji studijski rad geologa naftaša

raznovrsna koreliranja, dubinsko kartiranje
lokalne i regionalne studije - sinteza

southwestern part of Iran
Bergan oil field