Primjena geologije u istraivanju i eksploataciji nafte Naftna

Primjena geologije u istraživanju i eksploataciji nafte Naftna geologija (geologija fluida) n nafta + ugljen = KAUSTOBIOLITI (gorljive stijene) fosilna goriva - ne mogu se direktno koristiti - ”šibica”! n sagorijevanjem nafte i ugljena oslobađa se toplinska energija (oksidiranje - spajanje C s O 2), kemijske reakcije - nosioci kemijske energije! i svjetlosne energije n korist: dobivanje različitih goriva - jednostavni procesi (od dobivanja goriva iz ugljena) n n nafta - smanjila udaljenost na Zemlji! nafta - u ležištima, vezana uz vodu - dolazi do miješanja u zadnjim fazama eksploatacije - do 90% vode (neeksploatabilna ležišta)

n nafta, ugljen i zemni plin - neobnovljivi izvori energije! n GEOLOGIJA NAFTE n n 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 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

n POSTANAK NAFTE prema Engleru - nafta nastaje od organske tvari - različiti organski ostaci, masti, CH - u prvobitnoj promjeni nastaje sapropel n 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) n 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 CO 2 iz zraka i vode u organske spojeve koristeći energiju svjetlosti Sunca - CO 2 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 CO 2 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 m 3 - 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

n POSTANAK n nafta - ugljikovodici (CH) - nastaje u 3 karakteristična procesa: n 1) dijageneza - 50 -60 0 C n 2) katageneza - 60 -175 0 C (200 0 C) - stvaranje najveće količine nafte! n 3) metageneza - >200 0 C

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 n n 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 n n 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 n n 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.

n SASTAV NAFTE - teško ustanoviti, podaci uglavnom o grupnom sastavu - klasifikacija: parafinske n naftenske n aromatske n n nekoliko grupa fizičkih svojstava nafte (mehanička, optička, električne osobine, miris. . . ) - važno pri istraživanju nafte (pri pronalaženju, dubini pronalaženja i proučavanju ležišta)

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

n KRUTI BITUMENI n n prirodni ugljikovodici topivi u anorganskim otapalima asfalti - zemna smola, vosak n n crne boje, sjajni, neprozirni nastaju od nafte s asfaltnom bazom - nezasićeni ugljikovodici, mogu sadržavati dosta S (sumpora) degradirane, visoko oksidirane nafte s asfaltnom bazom upotreba u cestogradnji n Hrvatska - Dinaridi - dolina Zrmanje, Promina, Drniš, Vrgorac (eksploatirano), Šolta, kod Trogira, Brač

n asfaltit i pirobitumeni n n asfaltiti - slični asfaltu, visoke čvrstoće, derivati nafte nastali daljom oksidacijom i polimerizacijom asfalta pirobitumeni - fosilne organske tvari čine smjesu s glinenim i vapnenačkim tvarima n Hrvatska - Bujavica, Gojilo blizu Mramor brda n ozokeriti - produkt nafta bogatih metanom n keriti - metamorfozirani asfalti n antraksoliti - najviše metamorfozirani (odgovaraju antracitima i grafitima)

n MIGRACIJA, AKUMULACIJA UGLIKOVODIKA n - najvrednija ležišta nafte i plina - u poroznim, propusnim stijenama (konglomerati, breče, pješčenjaci, raspucani vapnenci i dolomiti) - nastajanje većih količina ugljikovodika i njihovo kretanje (migracija): n n nakon prve faze kompakcije i u drugoj fazi daljnjeg zbijanja voda potiskuje naftu n drugi faktori migracije: n n 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 n 1) rad geologa prije izrade prve dubinske istražne bušotine n geološka istraživanja - geološko kartiranje (uključujući naftnogeološke pojave), detaljna profiliranja, mjerenja debljine, utvrđivanje facijesa, izrada geoloških stupova i sl. n 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) n n geofizička ispitivanja pojedinim metodama plitka istražna bušenja - do 500 m

n T E R M I N I u naftnoj geologiji: n stijene koje mogu sadržavati CH - naftonosnici n matične stijene - istaložile su se zajedno s ostacima živih organizama u vodenim bazenima od kojih je stvorena nafta n kolektorske, rezervoarske stijene - kompleks s povezanim sistemom pora, šupljina koje omogućuju migraciju fluida i njihovo nakupljanje n n n važne osobine: šupljikavost poroznost, stupanj zasićenosti fluidom a) slojni b) masivni c) zonarni zaštitne stijene - ograničavaju naftonosnike (gline, lapori, kompaktni vapnenci i dolomiti, evaporiti)

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

n potolina ili sub-bazen - grabe, sinklinoriji (odvojene antiklinorijem, npr. Papuk, Psunj i Krndija dijele Savsku od Dravske potoline) n bazen ili provincija - “ogromna” depresija u Zemljinoj litosferi obilježena dugotrajnim tonjenjem te taloženjem debelih sedimenata; npr. Tercijarni bazen, Neogenski bazen

n 2) rad geologa za vrijeme izrade prve i narednih dubinskih istražnih bušotina ("pogonska geologija nafte") n praćenje i registriranje jezgara i materijala kojeg iznosi isplaka n n laboratorij pogonske geologije nafte - mineraloško-petrografske, sedimentološke, paleontološke, kemijske i geokemijske, fizikalne analize dijagrami geofizičkih mjerenja u bušotinama n geofizička mjerenja važno je kada pozvati geofizičku ekipu! - mjerenje kada još nije bušotina, tj. njezin kanal "zacijevljen", a bušaći aparat je izvađen n krivulja otpora i spontanog potencijala - prepoznavanje naslaga n n n više bušotina - korelacija dijagrama temperaturni dijagram

ntemperaturni dijagram

n. Krivulja spontanog potencijala i otpora

n 3) daljnji studijski rad geologa naftaša n raznovrsna koreliranja, dubinsko kartiranje lokalne i regionalne studije - sinteza n

southwestern part of Iran Bergan oil field