Primjena geologije u istraživanju i eksploataciji nafte Naftna geologija (geologija fluida)

1. Primjena geologije u istraživanju i eksploataciji nafteNaftna 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)

2. 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.

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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)

7. 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.

8. 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

9. 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

10. 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.

11. 1)dijagenezastvaraju 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

12. 2)katagenezastvaranje 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

13. 3.)metagenezakao 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 stijeneMIGRACIJA • ako ugljikovodici dospiju u zamku - nastaje ležište ili akumulacija

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

15. 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

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

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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)

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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)

26. 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

31. 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

32. 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!

33. 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

34. 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

35. 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

36. temperaturni dijagram • temperaturni dijagram

37. Krivulja spontanog potencijalai otpora

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

40. southwestern part of Iran Bergan oil field